DE2602379A1 - PROCESS FOR MANUFACTURING ARTICLES FROM FOAM PLASTIC - Google Patents
PROCESS FOR MANUFACTURING ARTICLES FROM FOAM PLASTICInfo
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Description
DR. BERG DIPL.-ΙΝΰ. STAPF DIPL.-ING. SCHWA3E DR. DR. SANDMAIRDR. BERG DIPL.-ΙΝΰ. STAPF DIPL.-ING. SCHWA3E DR. DR. SANDMAIR
PATENTANWÄLTE 9 R D ? ? 7 QPATENT LAWYERS 9 R D? ? 7 Q
8 MÜNCHEN 86, POSTFACH 8602458 MUNICH 86, POST BOX 860245
Anwaltsakte ?6 7SQ 22# Januar Attorney's File? 6 7SQ 22 # Jan
Joel SOULIER, 95 EAUBONNE / PrankreichJoel SOULIER, 95 EAUBONNE / France
und
ISOBOX -BARBIER, BANNALEC 29114 / Prankreichand
ISOBOX -BARBIER, BANNALEC 29114 / France
Verfahren zum Herstellen von Gegenständen aus SchaumkunststoffProcess for the manufacture of articles from foamed plastic
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Gegenständen aus unpolaren Schaumkunststoffen.The invention relates to a method for producing objects from non-polar foamed plastics.
Es gibt verschiedene bekannte Arten von Kunststoffen, welche einen Zusatz eines Schaum- oder Treibmittels, d.h. einer sich unter Einwirkung von Wärme unter FreisetzungThere are several known types of plastics which have the addition of a foaming agent, i. E. one under the action of heat with release
»(089) 98 8272 8 München 80, Mauerkircherstraße 45 Banken: Bayerische Vereinsbank München 453100»(089) 98 8272 8 Munich 80, Mauerkircherstraße 45 Banks: Bayerische Vereinsbank Munich 453100
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von Gasen zersetzenden Substanz, enthalten und dadurch, bei Erwärmung in einen Schaumstoff umwandelbar sind.of gas-decomposing substance, and thereby, are convertible into a foam when heated.
Dies trifft insbesondere für Polystyrol zu. In bekannten Verfahren zum Herstellen von Gegenständen aus solchen Schaumstoffen wird eine gewisse Menge des noch nicht aufgeschäumten Materials in eine Metallform gebracht, worauf der Form Wasserdampf unter Druck und mit einer Temperatur zugeführt wird, welche das Aufschäumen des Materials auslösen kann.This is especially true for polystyrene. In known methods of making articles from such Foam a certain amount of the not yet foamed material is placed in a metal mold, whereupon the mold is supplied with water vapor under pressure and at a temperature which induces the foaming of the material can.
Dieses Verfahren hat verschiedene Nachteile. Zunächst einmal ist es aufgrund der zyklischen Arbeitsweise sehr langsam. Die dazu erforderlichen aufwendigen Einrichtungen wie Dampfkessel, Pressen usw. benötigen sehr viel Platz. Ferner läßt sich das Verfahren nur von besonders geschultem Personal durchführen. Die Abmessungen der mit dem Verfahren herstellbaren Gegenstände sind begrenzt, und die Formen sind relativ teuer.This method has several disadvantages. First of all, it is very slow due to the cyclical nature of its operation. The complex equipment required for this, such as steam boilers, presses, etc., takes up a lot of space. Further the procedure can only be carried out by specially trained personnel. The dimensions of the procedure articles that can be manufactured are limited and the molds are relatively expensive.
Die Erfindung schafft ein Verfahren, bei welchem die vorstehend angeführten Mangel beseitigt sind. Gemäß der Erfindung wird einunpolarer, einen Zusatz eines Schaummittels enthaltender Kunststoff mit einem polaren Stoff vermischt, worauf das Gemisch in einem Resonanzhohlraum einer ultrahochfrequenten Strahlung ausgesetzt wird.The invention provides a method in which the deficiencies mentioned above are eliminated. According to the invention a non-polar plastic containing an additive of a foaming agent is mixed with a polar substance, whereupon the mixture is exposed to ultra-high frequency radiation in a resonance cavity.
Der polare Stoff kann eine polare Flüssigkeit, etwa Wasser, oder ein pulverförmiger polarer Stoff sein, etwa Ruß oder Aluminiumpulver.The polar substance can be a polar liquid, such as water, or a powdery polar substance, such as carbon black or Aluminum powder.
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In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird ein Granulat aus einem unpolaren, ein Schaummittel enthaltenden Kunststoff mit einer polaren Flüssigkeit benetzt und in einem Resonanzhohlraum einer ultrahochfrequenten Strahlung ausgesetzt.In a particular embodiment of the invention, a granulate is made from a non-polar one containing a foaming agent Plastic wetted with a polar liquid and placed in a resonance cavity of ultra-high frequency radiation exposed.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich im wesentlichen für alle unpolaren "Kunststoffe und insbesondere für ein wahlweise vorexpandiertes Polystyrolgranulat. Als polare Flüssigkeit eignet sich insbesondere Wasser in einer Menge von ca..10 bis 50 Gew.%, bezogen auf das expandierte Material. Die polare Flüssigkeit wird unter Einwirkung der ultrahochfrequenten Strahlung im Resonanzhohlraum erhitzt und verdampft und erhitzt ihrerseits den die ultrahochfrequente Strahlung nicht absorbierenden Kunststoff. Dadurch wird der Kunststoff wenigstens bis auf seine Expansionstemperatur erwärmt und so zum Aufschäumen gebracht.The method according to the invention is suitable essentially for all non-polar "plastics and in particular for a optionally pre-expanded polystyrene granulate. A particularly suitable polar liquid is water in one Amount of approx. 10 to 50 wt.%, Based on the expanded Material. The polar liquid is under the action of the ultra-high frequency radiation in the resonance cavity heats and vaporizes and heats the plastic that does not absorb the ultra-high frequency radiation. As a result, the plastic is heated at least up to its expansion temperature and thus caused to foam.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere für das kontinuierliche Extrudieren von Profilen geeignet. Dabei wird ein vorher benetztes Granulat durch wenigstens ein aus nicht absorbierendem und einenniedrigen Beibungskoeffizienten aufweisendem Material geformtes Mundstück extrudiert, welches in einem durch eine ultrahochfrequente Strahlung erregten Resonanzhohlraum angeordnet ist. Unter der indirekten Einwirkung der ultrahochfrequenten Strahlung findet dann die Expansion des Granulats im Mundstück statt.The method according to the invention is particularly suitable for the continuous extrusion of profiles. Included a previously wetted granulate is characterized by at least one of a non-absorbent and a low friction coefficient having molded material extruded mouthpiece, which in one by an ultra-high frequency Radiation excited resonance cavity is arranged. Under the indirect action of ultra-high frequency radiation expansion of the granulate then takes place in the mouthpiece.
Die Wände des Mundstücks können etwa aus Polytetrafluoräthylen, Polypropylen oder ähnlichem Werkstoff sein.The walls of the mouthpiece can be made of polytetrafluoroethylene, Be polypropylene or similar material.
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Das Mundstück muß dabei offensichtlich, eine ausreichende Länge haben, damit der Kunststoff bei einer gegebenen Extrusionsgeschwindigkeit beim Austritt aus dem Mundstück in dem gewünschten Maße aufgeschäumt ist. Die Extrusionsgeschwindigkeit ist dabei durch die Reibung des Granulats an den Wänden des Mundstücks begrenzt.The mouthpiece must obviously be a sufficient one Have a length so that the plastic exits the mouthpiece at a given extrusion speed is foamed to the desired extent. The extrusion speed is determined by the friction of the granulate limited on the walls of the mouthpiece.
Das für das kontinuierliche Extrudieren verwendete Mundstück ist vorzugsweise in einem mittels Heißluft beheizbaren Raum angeordnet, um das Expandieren des Granulats an den Oberflächen des Extrudats zu begünstigen. In gewissen Fällen kann es auch zweckmässig sein, die Temperatur dieses Raums so zu steuern, daß das Material in den äußeren und inneren Bereichen des Extrudats in verschiedenem Maße aufschäumt und eine dichtere, glattere Oberfläche erzielt wird.The mouthpiece used for continuous extrusion is preferably in one that can be heated by means of hot air Space arranged to promote the expansion of the granules on the surfaces of the extrudate. In certain In some cases, it may also be useful to control the temperature of this room so that the material in the outer and inner areas of the extrudate foam to varying degrees and achieve a denser, smoother surface will.
Ferner ist das erfindungsgemäße Verfahren Für den Spritzguß von Schaumstoffen anwendbar.The method according to the invention can also be used for the injection molding of foams.
Zu diesem Zweck verwendet man vorzugsweise Formen aus einem die ultrahochfrequente Strahlung nur in einem geringen Maße absorbierenden Material, insbesondere aus glasfaserverstärkten Silikonharzen, Polyester- oder Epoxidharzen. Die Formen werden in einen mit einer ultrahochfrequenten Strahlung erregten Resonanzhohlraum gebracht. Sie haben vorzugsweise ein Ventil, welches sich öffnet, sobald der Dampfdruck in der Form einen der zum Aufschäumen des Kunststoffs erforderlichen Mindesttemperatur entsprechendenFor this purpose, it is preferable to use molds made of a small amount of ultra-high frequency radiation Dimensions of absorbent material, in particular made of glass fiber reinforced silicone resins, polyester or epoxy resins. The molds are placed in a resonance cavity excited with ultra-high frequency radiation. They have preferably a valve which opens as soon as the vapor pressure in the mold causes the plastic to foam required minimum temperature
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Wert übersteigt. Dadurch läßt sich ein übermäßig starker Temperaturanstieg und die sich daraus ergebende Verlängerung der Abkühlzeit vermeiden.Value exceeds. This allows an excessively sharp rise in temperature and the resulting elongation avoid the cooling time.
Für den Spritzguß insbesondere von Gegenständen mit großen Abmessungen können auch herkömmliche Formen verwendet werden, wobei dann wenigstens ein Teil des Spritzkopfs in einem durch ultrahochfrequente Strahlung erregten Resonanzhohlraum angeordnet ist. Dadurch wird das Material innerhalb des Spritzkopfs auf die zum Aufschäumen notwendige Temperatur erwärmt, und der Formhohlraum wird während der zum Aufschäumen benötigten Zeit mit dem Material ausgefüllt.Conventional molds can also be used for the injection molding of objects with large dimensions in particular, wherein then at least a part of the spray head in a resonant cavity excited by ultra-high frequency radiation is arranged. This brings the material inside the spray head to the temperature required for foaming heated, and the mold cavity is filled with the material during the time required for foaming.
Im folgenden sind Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:In the following, exemplary embodiments of the invention are explained with reference to the drawing. Show it:
Fig. 1 eine teilweise im Schnitt gezeigte Seitenansicht einer Extrudiervorrichtung zum Durchführen desFig. 1 is a partially sectioned side view of an extrusion device for performing the
erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 2 eine Draufsicht auf eine nach dem erfindungsgemäßenMethod according to the invention, FIG. 2 is a plan view of a method according to the invention
Verfahren arbeitende Spritzgußanlage, Fig. 3 eine Ansicht einer Abwandlung der Anlage nachInjection molding system operating method, FIG. 3 shows a view of a modification of the system according to
Fig. 2 und
Fig. 4- eine Draufsicht auf eine Spritzgußanlage in einer anderen Ausführungsform.Fig. 2 and
Fig. 4- is a plan view of an injection molding system in another embodiment.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung umfaßt im wesentlichen eine Extruderpresse 1, ein Extrudermundstück 2 und eine Kühlkammer 3· Die Extruderpresse 1 hat einen herkömm-The apparatus shown in Fig. 1 essentially comprises an extruder press 1, an extruder nozzle 2 and a cooling chamber 3 The extruder press 1 has a conventional
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lichen Aufbau mit einem Einfülltrichter 4- und einer Schnecke 5· Das aus Polytetrafluoräthylen geformte Extrudermundstück 2 ist in einer Kammer 6 angeordnet. Diese stellt einen durch ein Magnetron 7 mit einer Ultrahochfrequenz von 2 450 MHz und einer Leistung von 5 kW erregten Resonanzraum dar,und ist von einer Warmluftströmung durchströmt, welche dazu dient, die Wände des Mundstücks auf einer geeigneten Temperatur zu halten.union structure with one hopper 4 and one Screw 5 · The extruder nozzle 2 made of polytetrafluoroethylene is arranged in a chamber 6. These represents one excited by a magnetron 7 with an ultra-high frequency of 2,450 MHz and a power of 5 kW Resonance chamber, and is of a warm air flow flows through, which serves to keep the walls of the mouthpiece at a suitable temperature.
Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen: Über den Trichter 4-wird ein mit 200 g Wasser pro Kilogramm benetztes Granulat aus ein Schaummittel enthaltendem Polystyrol eingefüllt. Das Granulat wird von der Schnecke 5 unter Druck in Richtung auf das Mundstück 2 befördert, während dieses von der zirkulierenden Warmluft auf einer Temperatur von ca. 90 0C gehalten wird. Die Leistung des Magnetrons 7 wird so eingestellt, daß sich im Inneren des Mundstücks eine zum Aufschäumen des Polystyrolgranulats ausreichende Temperatur von ca. 85 0C ergibt. Das Aufschöäumen findet progressiv während der Bewegung des Granulats durch das Mundstück hindurch statt. Das auf diese Weise erhaltene Extrudat wird in der Kammer 3 abgekühlt und anschließend auf die gewünschte Länge zugeschnitten. Der so hergestellte Schaumstoff hat eine scheinbare Dichte von ca. 25 kg/m .The device works as follows: granules made of polystyrene containing foaming agent and wetted with 200 g of water per kilogram are poured into the funnel. The granulate is conveyed by the screw 5 under pressure in the direction of the mouthpiece 2, while this is kept at a temperature of approx. 90 ° C. by the circulating warm air. The power of the magnetron 7 is set in such a way that a temperature of approx. 85 ° C. which is sufficient for foaming the polystyrene granulate results in the interior of the mouthpiece. The foaming takes place progressively as the granulate moves through the mouthpiece. The extrudate obtained in this way is cooled in the chamber 3 and then cut to the desired length. The foam produced in this way has an apparent density of approx. 25 kg / m 2.
Die schematisch in Fig. 2 dargestellte Spritzgußanlage weist ein Karussell 11 mit zweiunddreißig Formen 12 auf, welche über zwei Umlenkscheiben 13» 14- umlaufen. Die Formen 12 sind aus glasfaserverstärktem Silikonharz und habenThe injection molding system shown schematically in FIG. 2 has a carousel 11 with thirty-two molds 12, which revolve over two deflection pulleys 13 »14-. The forms 12 are made of glass fiber reinforced silicone resin and have
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jeweils ein Überdruckventil. Sie Bewegen sich durch eine Kammer 155 welche einen Eesonanzhohlraum darstellt. Der Hohlraum 15 wird von einem Magnetron 16 erregt und ist von einem Warmluftstrom zum Beheizen der Formen durchströmt. Anschließend durchlaufen die Formen eine Kühlkammer 17.one pressure relief valve each. They move through a chamber 15 5 which is a resonance cavity. The cavity 15 is excited by a magnetron 16 and a stream of warm air flows through it for heating the molds. The molds then pass through a cooling chamber 17.
Die Anlage umfaßt ferner (nicht dargestellte) automatische Verriegelungs- und Entriegelungseinrichtungen, welche eine vollständige Automatisierung der Anlage ermöglichen.The system further comprises (not shown) automatic locking and unlocking devices, which enable complete automation of the system.
Die Formen werden zunächst geschlossen und verriegelt und dann mit einem mit Wasser benetzten, expandierbaren Granulat beschickt. Beim nachfolgenden Eintritt in die Kammer wird das Wasser unter der Einwirkung der ultrahochfrequenten Strahlung verdampft, so daß das Granulat während der Bewegung der Formen durch die Kammer aufschäumt.The molds are first closed and locked and then with an expandable granulate wetted with water loaded. Upon subsequent entry into the chamber, the water is under the action of the ultra-high frequency Radiation evaporates, causing the granules to foam as the molds move through the chamber.
Das Überdruckventil jeder Form ist so eingestellt, daß es sich öffnet, sobald die Temperatur im Innenren der Form den zum Aufschäumen notwendigen Mindestwert erreicht hat.The pressure relief valve of each mold is set to open as soon as the temperature inside the mold is reached has reached the minimum value required for foaming.
Anschließend werden die Formen in der Kammer 17 abgekühlt und beim Verlassen derselben automatisch entriegelt und geöffnet.The molds are then cooled in the chamber 17 and are automatically unlocked when they are exited opened.
Eine solche Anlage ermöglicht eine hohe Produktionsgeschwindigkeit . Bei der Herstellung von Gegenständen aus Schaumstoff auf diese Weise nimmt das Abkühlen der Formen tatsächlich die längste Zeit in Anspruch. Die beschriebene Anlage ermöglicht jedoch die Verwendung einer großenSuch a system enables a high production speed . When making objects from foam in this way, the cooling of the molds takes place actually took the longest time to complete. However, the system described allows the use of a large one
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Anzahl Formen, so daß für das Abkühlen, anders als bei einer herkömmlichen Spritzgußeinrichtung, keine Arbeitsunterbrechung notwendig ist. Die Produktionsgeschwindigkeit läßt sich somit bis auf 960 Gegenstände pro Stunde, steigern, während eine herkömmliche Einrichtung bei gleicher Größe der Standfläche eine Produktionsgeschwindigkeit von nur 100 bis 150 Gegenständen pro Stunde ermöglicht.Number of shapes so that for cooling, different from one conventional injection molding equipment, no work interruption is necessary. The production speed lets thus up to 960 objects per hour, while a conventional device is the same size the stand area enables a production speed of only 100 to 150 items per hour.
Fig. 3 zeigt eine Abwandlung der vorstehend beschriebenen Anlage für kleinere Produktionszahlen auf sehr kleiner Standfläche. Die Anlage umfaßt ein in senkrechter Ebene umlaufendes, von einer (nicht gezeigten) Mittelscheibe angetriebenes Earussel mit einer großen Anzahl Formen. Mit seinem oberen Teil verläuft das Karussell durch eine einen Resonanzhohlraum bildende Kammer 22, welche durch einen UtrahochfreguenSgenerator 23 erregt wird.Fig. 3 shows a modification of that described above System for smaller production numbers on a very small footprint. The plant includes a vertical plane revolving earussel driven by a central disk (not shown) with a large number of shapes. With its upper part, the carousel runs through a chamber 22 which forms a resonance cavity and which passes through an ultra-high-frequency generator 23 is excited.
Anschließend verläuft das Karussell durch eine zweite, einen Kühlraum darstellende Kammer 24-. Zwischen dem Ausgang der Kühlkammer 24 und dem Eingang des Resonanzhohlraums 22 hat die Anlage wie die in Fig. 2 dargestellte eine automatische Ausformeinrichtung, eine Schließeinrichtung und eine Spritzgußeinrichtung. The carousel then runs through a second chamber 24- representing a cooling space. Between the exit of the Cooling chamber 24 and the entrance of the resonance cavity 22, the system like that shown in Fig. 2 has an automatic Molding device, a closing device and an injection molding device.
Die in Fig. 4 gezeigte Anlage hat eine Schneckenpresse y\ mit einem Spritzkopf 32, dessen Eintrittsrohr in einer Kammer 33 angeordnet ist. Die Kammer 33 ist von Warmluft durchströmt und stellt einen Resonanzraum dar, welcher von einem Ultrahochfrequenzgenerator 34 erregt wird.The system shown in FIG. 4 has a screw press y \ with an injection head 32, the inlet pipe of which is arranged in a chamber 33. Warm air flows through the chamber 33 and represents a resonance space which is excited by an ultra-high frequency generator 34.
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Ferner hat die Anlage ein Karussell 35 mit mehreren Formen 36, welche nacheinander an den Spritzkopf 32 herangeführt werden. Die Formen 36 sind ebenfalls in einer von Warmluft durchströmten Kammer angeordnet. Die Schneckenpresse 31 ist auf einem Schlitten montiert, so daß sie sich an die Formen 36 heranführen und von ihnen entfernen läßt. Außerdem umfaßt die Anlage Einrichtungen zum automatischen Öffnen und Schließen der Formen.The plant also has a carousel 35 with multiple shapes 36, which are brought up to the spray head 32 one after the other. The forms 36 are also in one of Arranged with warm air flowing through the chamber. The screw press 31 is mounted on a slide so that it can be brought up to the forms 36 and removed from them. In addition, the system includes devices for automatic Opening and closing the molds.
Das der Schneckenpresse 31 zugeführte Material wird von der Schnecke in den Spritzkopf 32 befördert und erwärmt sich darin. Das dadurch herbeigeführte Aufschäumen des Granulats bewirkt dessen Eintritt in die Form, in welcher das Material dann fertig aufschäumt.The material fed to the screw press 31 is from the screw is conveyed into the extrusion head 32 and is heated therein. The resulting foaming of the Granulate causes it to enter the mold, in which the material then foams up.
Anschließend wird der Spritzkopf von der Form gelöst und das Karussel zum Füllen der nächsten Form weitergedreht. Diese Anlage ermöglicht ebenfalls eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit .Then the spray head is released from the mold and the carousel is rotated to fill the next mold. This system also enables a high working speed.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist außerdem vorteilhaft zum teilweisen Aufschäumen oder vorexpandieren von Granulaten, insbesondere Polystyrolgranulat, anwendbar.The method according to the invention is also advantageous for the partial foaming or pre-expanding of granules, especially polystyrene granulate, applicable.
Bei einer solchen Anwendung des "Verfahrens ist ein vollständig wasserfreies, vorexpandiertes Granulat erzielbar. Dank der Abwesenheit von Wasser läßt sich die für die Luftaufnahme vor dem Formen notwendige Lagerzeit des Granulats gegenüber dem herkömmlichen Expansionsverfahren mit HilfeIn such an application of the "procedure one is complete anhydrous, pre-expanded granulate achievable. Thanks to the absence of water, it can be used for aerial intake Necessary storage time of the granulate before molding compared to the conventional expansion process with the help
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von Wasserdampf auf die Hälfte oder ein Drittel verkürzen. Bei Anwendung des erfindunggemäßen Verfahrens zum Vorexpandieren eines Polystyrolgranulats kann das eine scheinbare Dichte von 18g/l aufweisende vorexpandierte Granulat schon eine Stunde nach dem Vorexpandieren fertig geformt werden.of steam to half or a third. When using the method according to the invention for pre-expanding a polystyrene granulate, this can be an apparent one Pre-expanded granules with a density of 18 g / l are fully formed just one hour after pre-expansion will.
Darüber hinaus ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein stärkeres und gleichmäßigeres Aufschäumen erzielbar als bei der Verwendung von Wasserdampf unter Druck. Beim herkömmlichen Aufschäumen ergibt sich zu Beginn der Berührung des Polystyrolgranulats mit dem Wasserdampf ein Wärmeschock. Dadurch steigt der Druck in den Teilchen übermäßig stark an, bevor das Polystyrol sein thermisches Gleichgewicht erreicht hat, d.h. bevor es zum Expandieren ausreichend erweicht ist. Dies führt dann dazu, daß das expandierende Gas unter Druck durch die Wandungen der Teilchen diffundiert und damit für das Aufschäumen verloren geht.In addition, a stronger and more uniform foaming than can be achieved with the method according to the invention when using steam under pressure. With conventional foaming, it is at the beginning of the touch the polystyrene granulate is subjected to a thermal shock with the water vapor. This increases the pressure in the particles excessively before the polystyrene has reached thermal equilibrium, i.e. before it is sufficient to expand is softened. This then leads to the fact that the expanding gas diffuses under pressure through the walls of the particles and is thus lost for frothing.
Demgegenüber ergibt sich beim erfindungsgemäßen Verfahren eine progressive Erwärmung der Teilchen, so daß diese ohne Energieverluste durch Diffusion des expandierenden Gases gleichmäßig aufschäumen. Dadurch ist dann außerdem auch ein stärkeres Aufschäumen erzielbar.In contrast, the process according to the invention results in a progressive heating of the particles, so that these foam evenly without loss of energy through diffusion of the expanding gas. This is then also stronger foaming can also be achieved.
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