DE2835038B2

DE2835038B2 - Vorrichtung zur Bestimmung der Änderung von Verformungseigenschaften bei aushärtenden Polymerisatschäumen

Info

Publication number: DE2835038B2
Application number: DE19782835038
Authority: DE
Inventors: Herbert 4358 Haltern Knipp; Heinrich 4352 Herten Rotering; Karl 4370 Marl Tessmann
Original assignee: Chemische Werke Huels AG
Current assignee: Huels AG
Priority date: 1978-08-10
Filing date: 1978-08-10
Publication date: 1980-08-14
Also published as: DE2835038A1; DE2835038C3

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Änderung von Verformungseigenschaften bei aushärtenden Polymerisatschäumen mit Hilfe eines in den Schaumstoffkörper eindringenden Stempeis.

Es sind Vorrichtungen zur Bestimmung von Verformungseigenschaften von Polymerschäumen bekannt, wobei im folgenden eine Übersicht über den zu berücksichtigenden Stand der Technik gegeben wird.

Bei einigen bekannten Prüfverfahren (ISO 2028/1974; DIN 53 529 Bl. 1 !2; DIN 53 523, BL 4* werden die Untersuchungen — z. B. bei Kautschuklatices — am ausgefällten Polymeren durchgeführt. Das hat den Nachteil, daß Latexbestandteile ausgewaschen werden und/oder das Polymere sich je nach Aufarbeitungsbedingungen ändert Vor allem haben die Verarbeitungschemikalien, die für die Schaumherstellung erforderlich sind, einen wesentlichen Einfluß auf die Vulkanisationsgeschwindigkeit, so daß die so gefundenen Werte nicht direkt auf die Praxis übertragbar sind.

In der Teppichindustrie ist ein Verfahren bekannt das ein zufriedenstellendes Vulkanisationsprüfverfahren

ίο darstellt; es liefert jedoch für die Formteilfertigung keine brauchbaren Ergebnisse. Das Verfahren geht von einem Latexschaum aus, der bereits alle Verarbeitungschemikalien enthält; es wird jedoch mit offenen Formen, dünnen Schaumschichten und Heißluft als Wärmeträger gearbeitet Erhöht man bei diesem Verfahren die Schichtdicke des Schaumes auf die bei Formartikeln übliche Wand- bzw. Stegstärke von ca. 30 mm, so ergeben sich extrem lange und wegen unterschiedlicher Porengröße des Schaumes auch stark streuende Werte.

Außerdem tritt, vom Rand zur Mitte des Prüfkörpers gehend, eine zunehmende Höhenschrumfpung ein, wodurch die Dichte, Porenstruktur und damit die Aufheizgeschwindigkeit des Schaumes beeinflußt werden. Ähnliches geschieht, wenn man anstelle von Heißluft mit Dampf arbeitet.

In der Praxis hat man sich bisher bei der Kautschuklatex-Schaumstoffherstellung und -prüfung so beholfen. daß man in Versuchsreihen mit großen Produktionsformen testete, nach welcher Heizzeit der

in Schaum so weit ausvulkanisiert war, daß er sich bei den folgenden Arbeitsgängen nicht mehr bleibend verformte. Diese Arbeitsweise erforderte natürlich viel Zeit und große Produktmengen, die aber, vor allem wenn es sich um Versuchs- und Entwicklungsprodukte handelte, nur selten zur Verfügung standen.

Gegenüber dem Stande der Technik stellt sich daher die Aufgabe, eine Vorrichtung zu finden, die es ermöglicht, die Änderungen des Verformungswider Standes und der Elastizität von sich erhärtenden Polymei-schäumen möglichst kurzzeitig und kontinuierlich nach dem Reaktionsbeginn zu prüfen, die Aushärtungszeit in einfacher Weise festzustellen und elastische Eigenschaften zuverlässig unter praxisnahen Bedingungen zu prüfen. Das Verfahren soll schnell und mit möglichst wenig Material- und Arbeitsaufwand die erforderlichen Ergebnisse liefern. Besondere Bedeutung hat eine solche Vorrichtung bei der Kautschuklatex-Schaumstoffherstellung zur Bestimmung der Vulkanisationsgeschwindigkeit. Es sollte aber auch auf andere aushärtbare Schaumstoffe anwendbar sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Vereinigung folgender Merkmale gelöst:

a) der auszuhärtende Schaumstoffkörper wird in einen geschlossenen Behälter (1) eingebracht;
b) vor Beginn des Meßvorganges tritt der Stempel (5) durch eine perforierbare Wand (3) des Behälters und dringt in den Schaumstoffkörper ein.

Gemäß der Erfindung wird ein geschlossener ω) Behälter bereitgestellt, der mit einer perforierbaren Wand versehen ist, durch die der Stempel hindurchtreten kann.

Die Perforationslöcher können — je nach Art des Materials — ofengelassen oder anschließend verschlosb5 sen werden.

Während des MeBvGr⁰Hn⁰^s werden in d*;r Vorrichtung diejenigen Umgebungsparameter (Temperatur, Druck, Luftfeuchtigkeit etc.) eingehalten, wie sie bei der

Herstellung der Schaumstoffkörper in der Technik für den jeweiligen Polymerisatschaum erforderlich sind So wird z. B. bei der Bestimmung de.- Vulkanisationsgeschwindigkeit während der Aushärtung von Kautschuklatexschäumen vorzugsweise bei Normaldruck, 90—110° C und in einer mit Wasserdampf gesättigten Atmosphäre gearbeitet Diese Betriebsbedingungen haben din Vorteil, daß sie in einfacher Weise kontrolliert und eingehalten werden können und daß sie den Bedingungen in der Praxis entsprechen. ι ο

Vor Beginn des Meßvorgangs tritt ein beweglicher Stempel druch die Behälterwand und dringt in den Schaumstoffkörper ein, wobei im Bewegungsbereich des Stempels ein verschließbarer Behälter angeordnet ist, der mit einer perforierbaren Abschlußwand versehen ist, die von dem Stempel durchdringbar ist

Dieser Grundgedanke umschließt die Möglichkeit, beispielsweise bei einem zylindrisch geformten Behälter von der Grundseite oder von der Peripherie her einzudringen. Es ist aber auch möglich, beispielsweise kubusförmige Behälter zu verwenden, in die von mehreren Flachseiten her eingedrungen werden kann.

Als perforierbare Folie eignet sich insbesondere dünngewalztes Aluminiumblech, eine dünne Kunststofffolie, z. B. aus Polyethylen, od. dgl.

Zur Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit und zur genauen Reproduzierbarkeit der Meßergebnisse wird der Behälter vorzugsweise in einen beheizbaren Schrank auf einem steuerbaren Drehtisch festgelegt

Zur Bestätigung des Meßstempels ist dieser z. B. mit so dem Anker einer Magnetspulenanordnung verbunden, so daß er magnetisch steuerbar ist.

Zu lösen ist ferner das Problem, nach Zurückziehen des Stempels die Perforation wieder zuverlässig zu schließen. Hierzu ist im allgemeinen eine Dichtung j> erforderlich, die beispielsweise aus einem Stopfen oder aus einer tropfbaren, sich erhärtenden Masse besteht Es ist jedoch auch möglich, die Perforation durch einen verschiebbaren Deckel oder Abdeckstreifen zu verschließen, der sich zusammen mit dem Meßstempel bewegt.

Erfahrungsgemäß ist der erhärtende Probekörper (Schaumstoffkörper) von äußerst weicher Konsistenz. Es ist daher üblicherweise erforderlich, dort, wo der Stempel die perforierbare Wand durchdringt diese so zu stützen, daß sie nicht auf den Probekörper gedrückt wird. Hierzu wird vorgeschlagen, daß der Behälter mit einem zweiteiligen Deckel mit zwischengelegter, perforierter Folie verschlossen ist und mit Bohrungen versehen ist, durch die der Stempel eindringen kann.

Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Verrichtung und Anwendungsbeispiele hierfür werden anhand der Zeichnung und anhand von Beispielen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Vertikalschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung der Änderungen von Verformungseigenschaften von z. B. Kautschuklatexschaum während der Vulkanisation in einem geschlossenen Behälter,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß ei) Fig.l.

Die Vorrichtung wird vorzugsweise in einen beheizbaren Schrank 7 eingebaut, um reproduzierbare Meßergebnisse und schnelle Aushärtungszeiten zu erreichen. Die eigentliche Meßvorrichtung besteht im fe5 enthält an seiner Peripherie in regelmäßigen Abständen Bohrungen 4 für den Durchtritt, eines Meßstempels 5, der oberhalb des Deckels 2 angeordnet ist

Der Behälter 1 ist auf einen elektronisch gesteuerten Drehtisch 11 eingespannt so daß die Bohrungen 4 unter dem magnetisch steuerbaren Stempel zentriert werden können. Der Stempel ist mit dem Anker einer Magnetspulenanordnung 8 verbunden, welche über ein Zeitschaltwerk 9 intermittierend gesteuert werden kann. Ober das Zeitschaltwerk 9 wird ferner der Antrieb 10 und damit die Schrittbewegung des Drehtisches 11 gesteuert

Der Behälter 1 ist mit einem zweiteiligen Deckel 2 mit zwischengelegter, perforierbarer Aluminiumfolie 3 verschlossen, wobei nur im Bereich der Bohrunger. 4 die Folie durch den Stempel 5 perforierbar ist.

In F i g. 2, die eine Draufsicht auf den Behälter 1 zeigt sind die Bohrungen 4 zu erkennen, die auf einem festgelegten Umfangskreis liegen. In der Mitte, oberhalb des Behälters 1, jedoch nicht mit diesem verbunden, ist ein Schaft 12 für eine Verschlußvorrichtung angebracht. Die Verschlußvorrichtung besteht aus Armen 13, die mit dem fest eingebauten Schaft 12 verbunden sind. Oberhalb der zu verschließenden Bohrungen 4 liegt eine halbmondförmige Verschlußleiste 14 aus Moosgummi, die dicht auf dem oberen Gehäusedeckel aufliegt und bei Vorrücken des Drehtisches in Pfeilrichtung jeweils die von dem Stempel freigegebene Bohrung 4 sofort verschließt. Die Länge der Verschlußleiste 14 ist dabei so bemessen, daß nach Durchlaufen ihrer festgelegten Länge ein Endzustand erreicht ist, so daß anschließend keine weitere Verschließung der Bohrung mehr erforderlich ist. Theoretisch kann die Verschlußleiste 14 um fast 360° im Bereich der Bohrungen 4 herumgelegt sein, so daß nur die gerade vom Meßstempel erfaßte Bohrung freiliegt

Wie aus den F i g. 1 und 2 ersichtlich ist, sind an dem Schaft 12 insgesamt drei Arme 13 angebracht, die über senkrecht nach unten zeigende Zapfen 15 mit der Verschlußleiste 14 aus Moosgummi verbunden sind.

Zur Durchführung des Meßverfahrens wird beispielsweise ein Kautschuklatex-Schaum, der sämtliche Verarbeitungschemikalien enthält, bei geöffnetem Deckel 2 in den Behälter 1 gegeben. Der Überschuß wird abgestreift und der Deckel 2 auf dem Behälter 1, beispielsweise durch Klemmen oder Verschrauben, fest aufgesetzt. Der Behälter wird sofort nach der Füllung oder nach erfolgter Gelierung des Schaumes in den dampfbeheizten Schrank 7 auf dem Drehtisch 11 so festgespannt, daß die erste Bohrung 4 unter dem Meßstempel 5 zentriert ist. In Drehrichtung direkt hinter dem Meßstempel beginnt die Verschlußleiste 14 mit der Moosgummidichtung, um die Bohrungen nach dem Zurückziehen des Stempels 5 sofort wieder verschließen zu können.

Die Messung erfolgt im Falle von Kautschuklatexschaum bevorzugt bei etwa 100° C in gesättigtem Wasserdampf. Je nach den Meßbedingungen und zu untersuchendem Polymerisatschaum sind selbstverstcndlich auch Abv/eichungen von diesem Wert möglich. Die Messungen können sofort nach Einschaltung des Dampfes oder nach einer vorbestimmten Zeit beginnen.

Um die eigentliche Messung zur Bestimmung der Verformungsdgenschaftcn bzw. deren Änderung einzu-

r*u3\_iiiii\_ii

WCSCniiiCnCil SüS Cincrn gCSCniOSSCHCn, ZViiHu. „..

Behälter 1 aus Metall oder Kunststoff mit einem horizontal geteilten, zweiteiligen Deckel 2. Der Deckel

UU11.II31UUI UCl

Bohrung 4 die sich im Deckel befindende Aluminiumfolie 3 und verformt den Schaumstoffkörper (Probekör-

Kolloidschwefel
Zink-N-diethyldithiocarbamat
Zink-2-mercaptobenzothiazolat
Diphcnylguanidin
Zinkoxid

(Zinkweiß, Typ Rotsiegel)
^-Methylen-bis^-methyl-6-tert-butylphenol
(Alterungsschutzmittel BK.F)
Bentonit

handelsübliches Netz- und
Dispergiermittel
Wasser
13,5 g Kaliumoleat, 17 Gew.-°/o.

17,65

234
0,5

23
47,0

per). Belastungsgewicht und Verweilzeit des Stempels im Schaum und die Vorschubgeschwindigkeit der Form können in weiten Grenzen variiert und damit den Praxisbedingungen angepaßt v/erden. Die Steuerung aufgrund eines Meßprogrammes geschieht über ein Zeitschaltwerk 9. Aus der meßbaren Änderung der Eindrucktiefe des Stempels oder auch durch spätere visuelle Beurteilung des Probekörpers wird der Aushärtungsgrad bestimmt. Mit zunehmender Aushärtung wird die Eindringtiefe und die bleibende Verformung geringer. Besonders an der bleibenden Verformung kann der Endpunkt der Aushärtung genau bestimmt werden. Er ist erreicht, wenn der Meßstempel erstmalig für das Auge keine bleibende Verformung im Schaumkörper hinterläßt.

Die erfindungsgernäße Vorrichtung ist für die Bestimmung der Aushärtungsgeschwindigkeit insbesondere von solchen Schaumstoffkörpern geeignet, die in geschlossenen Formen hergestellt werden. Erfindungsgemäß können alle Parameter, die in der Praxis von Bedeutung sind, eingestellt werden, während gleichzeitig der Ablauf der Aushärtung verfolgt werden kann. Nach dem bisher bekannten Stand der Technik konnte der Aushärtungsverlauf in so einfacher Weise nicht bestimmt werden. Das Verfahren ist insbesondere für solche Schaumstoffkörper geeignet, die eine erhöhte Wandstärke, d.h. >10mm, vorzugsweise >30mm, besitzen.

Die Schaumstoffkörper können aus allen hierfür üblichen wäßrigen Polymerisaten hergestellt werden. Hierfür in Frage kommen Homo- und Copolymere aus Monomeren, wie z. B. Butadien, Isopren, Chloropren, Styrol, Acrylester, Acrylnitril, Vinylchlorid, Vinylester, Ethylen etc. Bevorzugte Ausgangspolymere sind wäßrige Styrol/Butadien-Copolymere oder Naturkautschuklatex. Es können auch Polymerisatdispersionen eingesetzt werden die mit Hilfe von Vernetzungs- oder Vulkanisationsmittel reaktiv aushärten. Ebenso gut eingesetzt werden können Polyurethanschäume.

Beispiele

Die Messungen wurden wie folgt durchgeführt:
In eine Schaumschlagmaschine wurde ein Ansatz folgender Zusammensetzung gegeben:

400,0 g handelsüblicher SBR-Latex (68 Gew.-% Feststoffgehalt) — Latex I

51,0 g wäßrige Vulkanisations-Dispersion (53 Gew.-% Feststoffgehalt), bestehend aus

Gew.-% 11.77
5,88
5,88
5,88

Die Mischung wurde auf ein Volumen von 6,5 aufgeschäumt und anschließend mit 24 ml wäßrige Natriumfluorsilikat-Dispersion (25 Gew.-% Feststoffge halt) versetzt. Nach gleichmäßiger Verteilung de Dispersion und Zerkleinerung eventuell entstandene größerer Luftblasen wurden ca 1,5 1 Schaum in de Prüfbehälter gefüllt. Dessen Abmessungen betrugen Halbmesser = 140 mm, Höhe = 27 mm.

Latex II ist ein zweiter, ebenfalls handelsübliche SBR-Latex, der nach denselben Bedingungen wie obe angegeben zu einem Schaum verarbeitet wird. — Di mit Buchstaben gekennzeichneten Versuche sind nich erfindungsgemäß.

Beispiel 1

Die aus den Latices I bzw. II hergestellten Schäumi werden erfindungsgemäß ausvulkanisiert (Versuch
und 2). Im Vergleich hierzu wird entsprechend de Praxis ein Sitzkissen (Abmessung: 430 χ 430 χ 30 mm aus den beiden Schäumen hergestellt (Versuch A bzw B). Vulkanisationsbedingungen: 100⁰C sowie dampfge sättigte Atmosphäre.

Die Vulkanisationszeit kann der Tabelle 1 entnom men werden. Die Versuche zeigen, daß die Bedingunger und Ergebnisse der Praxis in der erfindungsgemäßer Vorrichtung sehr genau eingehalten werden können.

jo Tabelle 1

40

45

55

Ver- Ver- Ver- Ver

such 1 such A such 2 such \

Ende der
Vulkanisation
nach ... Minuten

11,0

10,5

9,5

Beispiel 2

Der aus Latex I hergestellte Schaum wird einmal ir der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei geschlossene Form und zum andern, ohne daß die Form geschlosser wird, ausvulkanisiert. Die Vulkanisationsbedingunger entsprechen Beispiel 1. Nachstehende Tabelle zeigt da Schrumpfverhalten der Probekörper.

Tabelle 2 Versuch 3 Versuch C

Schrumpfung [%]
am Rande
in der Mitte

0
0

~6
-10

Wie die Beschreibung und die Versuche zeigen ermöglicht es die erfindungsgemäße Vorrichtung die Änderung von Verformungseigenschaften von Schaum Stoffkörpern während der Herstellung in geschlossener Formen schnell und mit geringem Zeit- und Materialaufwand praxisnah zu bestimmen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Bestimmung der Änderung von Verformungseigenschaften bei aushärtenden Polymerisatschäumen mit Hilfe eines in den Schaumstoffkörper eindringenden Stempels, gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender Merkmale:

a) der auszuhärtende Schaumstoffkörper wird in einen geschlossenen Behälter (1) eingebracht;

b) vor Beginn des Meßvorganges tritt der Stempel (5) durch eine perforierbare Wand (3) des Behälters und dringt in den Schaumstoffkörper ein.

2. Vorrichtung nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, da 3 nach dem Meßvorgang und Herausziehen des Meßstempels die erzeugte Perforation geschlossen ist

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch einen im Bewegungsbereich des Stempels (5) angeordneten, verschließbaren Behälter (1) mit einer perforierbaren Abschlußwand (3), die von dem Stempel durchdringbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter in einem beheizbaren Schrank (7) auf einem steuerbaren Drehtisch (11) festlegbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßstempel mit dem Anker einer Magnetspulenanordnung(8) verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Perforationen in der Wand des Behälters nach Zurückziehen des Stempels mittels einer Dichtung verschließbar sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Perforationen durch stopfen verschließbar sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Perforationen durch eine tropfbare sich erhärtende Masse verschließbar sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Perforationen durch eine über der Reihe der Perforationen angeordnete Verschlußleiste, die sich nicht mit dem Behälter dreht, verschließbar sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) durch einen zweiteiligen Deckel (2) mit zwischengelegter, perforierbarer Folie (3) verschlossen ist und mit Bohrungen (4) versehen ist, durch die der Stempel (5) eindringen kann.