DE2837628A1 - Vorrichtung und verfahren zum formen expandierter kunststoffe durch ultrahochfrequenzstrahlung - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum formen expandierter kunststoffe durch ultrahochfrequenzstrahlung

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DE2837628A1 DE19782837628 DE2837628A DE2837628A1 DE 2837628 A1 DE2837628 A1 DE 2837628A1 DE 19782837628 DE19782837628 DE 19782837628 DE 2837628 A DE2837628 A DE 2837628A DE 2837628 A1 DE2837628 A1 DE 2837628A1
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Description

2?
Vorrichtung und Verfahren zum Formen expandierter Kunststoffe durch Ultrahochfrequenzbestrahlung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Formen expandierter, insbesondere geschäumter Kunststoffe oder plastischer Massen, und insbesondere dielektrischer Materialien, durch Ultrahochfrequenzbestrahlung (UHF). Insbesondere befasst sich die Erfindung mit Verbesserungen an der eigentlichen Form.
Die erhebliche Entwicklung in der Verwendung von Kunststoffschäumen auf dem Baugebiet, der Kälteindustrie, der Herstellung von unsinkbaren Elementen,der Verpackung und der Konditionierung, der Luftfahrt etc. hat zu einer erheblichen Entwicklung an Vorrichtungen und Verfahren zum Herstellen expandierter Kunststoffe geführt.
Ein erster wichtiger Schritt ist in der Verwendung eines Hochfrequenzfeldes zum Schmelzen des Harzes zu sehen (siehe insbesondere die französischen Patentschriften 2 149 529, 1 217 351, 2 045 888, 2 186 344 oder die amerikanische Patentschrift 3 377 653).
Insbesondere die Einführung der UHF oder Ultrahochfrequenz (500 bis 300 000 MHz), bei der keinerlei kapazitiver Kreis notwendig ist und kein Funkendurchschlag erfolgt -dieses Ultrahochfrequenzfeld erregt einen Resonanzraum oder einen Resonanzwellenleiter (FR-PS der Anmelderin 76 01049 und 76 31899)-ermöglichte die wirtschaftliche Herstellung von Kunststoffschäumen.
So ermöglicht das gleichzeitige Einführen von Perlen aus vorexpandierten plastischen oder Kunststoffmaterialien und von Wasser in eine innerhalb eines Resonanzraums befindliche Form -wie in den oben beschriebenen Patentanmeldungen angegeben-
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Bedingungen, die die Bildung von Dampf "in situ" ermöglichten und die Perlen vollkommen miteinander bei guter Wärmeverteilung verschweißten.
Dieses Formverfahren hat jedoch einen Nachteil: die verwendeten Formen sind übliche Formen aus für Ultrahochfrequenzbestrahlung transparenten oder die Strahlung stark absorbierenden Materialien, was zu einem Fehlen in der Homogenität bei der Erwärmung und zu einem Zuwachs im Energieverbrauch aufgrund dessen führt, daß es notwendig ist, die Wandungen der Form bei jedem Formvorgang zu erwärmen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Formen bzw. Werkzeuge vorzuschlagen, die besser den Anforderungen der Praxis als bisher bekannte Formen entsprechen, einen besseren Temperaturgradienten zeitigen und zu einer wesentlichen Energieeinsparung führen,die notwendig ist, um oberflächlich das in der Form enthaltene Kunststoffmaterial zu schmelzen.
Die Erfindung geht somit aus von einer Vorrichtung zum Formen expandierter Kunststoffe, insbesondere dielektrischer Materialien durch Ultrahochfrequenz, wobei zugeordnet zu einer Presse und einem Resonanzraum eine Form vorgesehen ist und zeichnet sich dadurch aus, daß die Form bzw. der Matrizenhohlraum, der in Kontakt mit dem zu formenden Kunststoffmaterial steht, aus einem Material mit erhöhten dielektrischen Verlusten, das die UHF-Strahlung absorbiert, besteht, wobei dieses Material insbesondere ein Harz ist, das einen geringen Anteil, vorzugsweise zwischen 1 bis 5 % etwa an Rußschwarz (noir de carbone) enthält, das die UHF-Strahlung leitet.
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ORIGINAL" iW#
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Form nach der Erfindung besteht der Formkörper aus einem UHF-Strahlung nicht absorbierenden Material, vorzugsweise einem Fasern aus reinem Siliciumdioxyd und/oder Glas mit geringem Verlustwinkel enthaltenden- Harz.
Zweckmäßig ist dem Formkörper eine Wärmeträgerfluidzirkulation mit geringen dielektrischen Verlusten und hoher spezifischer Wärme zugeordnet.
Günstig ist es, wenn die Wärmeträgerfluidzirkulation im Körper der Form angeordnet wird.
Nach einer anderen vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausführungsform ist die Wärmeträgerfluidzirkulation im Körper der Form vorgesehen.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausbildung dieser Ausführungsform ist die Wärmeträgerfluidzirkulation in Form eines Mantels oder einer Verkleidung des Formkörpers realisiert.
Auch kann die Kühlung der Form durch Zirkulation von Druckluft gegen ihre Außenwandungen herbeigeführt werden.
Günstig ist es, wenn die Kühlung durch Pressluftzirkulation durch Rippen auf den Außenwandungen der Form verstärkt wird.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können die mechanischen Teile der Form (wie Injektoren, Abluftkanäle etc.) aus Polytetrafluoräthylen (unter dem Handelsnamen "TEFLON" bekannt) und/oder Glaskeramik gefertigt sein.
Die Form nach der Erfindung wird in einen Resonanzraum gesetzt, der vorzugsweise auf einer Presse angeordnet ist,
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von der eine Hälfte fest, die andere Hälfte bexveglich ist. Solche Anordnungen sind in den genannten Patentanmeldungen 76 01049 und 76 31899 beschrieben.
Nach einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung wird der feste Teil der Presse über einen von einem UHF-Generator gespeisten Wellenleiter erregt, während der bewegliche Teil der Presse die Formen aufnimmt.
Selbstverständlich lässt sich ohne Schwierigkeiten auch die umgekehrte Anordnung realisieren.
Eine solche Vorrichtung zeichnet sich im übrigen dadurch aus, daß ein Minimalabstand zwischen Form und Wandung des Resonanzraums eingehalten werden muß, wobei diese Entfernung vorzugsweise wenigstens 65 mm beträgt und daß eine Einrichtung zur Durchwirbelung des elektromagnetischen Feldes am Ausgang des UHF-Leiters in dem Resonanzraum angeordnet ist, was dazu führt, daß die Bildung stationärer Wellen vermieden wird.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zum Formen von Gegenständen aus Kunststoffen in Formen nach der Erfindung. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß gegebenenfalls ein Treibmittel enthaltende Kunststoffmaterialperlen, die gegebenenfalls vorexpandiert sind, gegebenenfalls gleichzeitig mit einer polaren Flüssigkeit in eine Form nach der Erfindung eingeführt werden, bei der es sich gegebenenfalls um eine zweiteilige Form in einer geeigneten Presse handeln kann und daß die Perlen der Wirkung einer UHF-Strahlung über eine Dauer von 5 bis 1800 Sekunden ausgesetzt sind, um so zu geformten Gegenständen aus expandierten Kunststoffen zu führen, welche Wandungen beliebiger Dicke aufweisen, wobei insbesondere geformte Artikel mit dünnen Wandungen hergestellt werden.
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Außer den vorstehenden Ausbildungen umfasst die Erfindung weitere Anordnungen, Merkmale und Vorteile, die durch die folgende Beschreibung besser erläutert werden.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Formen für die Herstellung expandierter oder geschäumter Kunststoffe, insbesondere dielektrischer Materialien entsprechend obigen Vorschriften sowie auf sämtliche Vorrichtungen, Verfahrensabläufe und Fabrikationsketten für geformte Artikel aus expandierfähigen Kunststoffen, bei denen die Einrichtungen nach der Erfindung verwirklicht sind und hat auch die mittels Formen und Anordnungen nach der Erfindung geformten Artikel zum Gegenstand.
Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Diese zeigen in:
Fig. 1 ein Detail einer Form nach der Erfindung im Schnitt;
Fig. 2 die schematische Darstellung einer Anordnung zum Formen von Gegenständen aus expandierten Kunststoffen mit einer Vielzahl von Formen nach der Erfindung; und
Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung durch eine Anordnung zur Herstellung geformter Gegenstände wie Becher, beispielsweise mit dünnen Wandungen.
Die Erfindung ist jedoch auf die beschriebene Form und Anordnung nicht beschränkt.
Nach Fig. 1, die einen Teilschnitt durch eine Form 4 zeigt, besteht der Matrizenhohlraum 1 aus einem Material, das eine absorbierende Wandung für UHF-Strahlung darstellt; der Matrizenhohlraum wird vorzugsweise aus einer Epoxyharzschicht, die UHF-Strahlung leitendes Rußschwarz enthält,gebildet (beispielsweise "Vulcan XC 72 R" von CABOT); dieses wird
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dem Harz in einem Anteil von etlichen Gewichts!, vorzugsweise zwischen etwa 1 und 5 Gewichts! des Harzes, zugegeben.
Die Dicke des Formhohlraums wird als Funktion der gewünschten Wärmemenge und damit der Dicke der Wandung des geformten Artikels eingestellt. Es ist im allgemeinen vorteilhaft, daß die Dicke des den Matrizenhohlraum bildenden Überzugs zwischen 0,5 und 2 mm beträgt, obwohl sie als Funktion der Bedürfnisse schwanken kann.
Der Formkörper 3 ist vorzugsweise aus einem Epoxyharz hergestellt, dem als Füllstoff Fasern reinen Siliciumoxyds und/oder von Glas mit geringem Verlustwinkel zugegeben sind (tg°^ 1· 10~4 für die Frequenz f = 2,45 GHz). Die Dicke des Formkörpers aus Harz, welches mit Fasern aus Siliciumoxyd und/oder Glas verstärkt ist und UHF-Strahlung nicht absorbiert, liegt vorzugsweise zwischen 3 und 5 mm unter Berücksichtigung der Formdrücke.
Zur Zirkulation 2 des Wärmeträgerfluids dient beispielsweise Siliconöl vom Typ 47 V 10 RHODORSIL von Rhöne-Poulenc und ist im Inneren des Körpers 3 der Form vorgesehen, wobei die Wärmeträgerfluidzirkulation auch in Form eines äußeren Mantels der Form vorgesehen sein kann.
Die äußere Kühlung der Form erfolgt zweckmäßig mit Druckluft, indem man beispielsweise nicht dargestellte Rippen auf die Außenwandungen der Form aufbringt.
Fig. 2 zeigt die schematische Darstellung einer Anordnung zum Formen expandierter Kunststoffe und insbesondere zum Formen dielektrischer Materialien, wobei vier Formen nach der Erfindung vorgesehen sind.Die in Fig. 2 gezeigte Anordnung umfasst eine Presse mit einem beweglichen Teil 6 [beispielsweise durch einen Druckluftzylinder bewegt) sowie einen festen Teil 7.
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Ein Resonanzhohlraum 11 ist auf dieser Presse zwischen den Teilen 6 und 7 vorgesehen. Der feste Teil 7 der Presse wird durch einen UHF-Wellenleiter 9 erregt und durch einen nicht dargestellten UHF-Generator gespeist, während der bewegliche Teil 6 einen Teil der Form aufnimmt .
In diesem Resonanzhohlraum 11 sind Formen 4 nach der Erfindung angeordnet, die auf einem Formträger 12 angeordnet sind, dessen weitere Rolle darin besteht, für die Einstellung der Dicke zu sorgen. Eine Einrichtung 10 zur Verwirbelung des UHF-Feldes ist am Ausgang des UHF-Wellenleiters 9 im Resonanzhohlraum 11 angeordnet, um die Bildung stationärer Wellen in Zuordnung zu einem Deflektor 8 zu vermeiden.
Das gegebenenfalls aus vorexpandierten Perlen bestehende Kunststoffmaterial, das gegebenenfalls ein Treibmittel enthält, wird über den Materialinjektor 5 in die Formen 4 nach der Erfindung eingeführt. Der Injektor 5 zum Einführen des Kunststoffs besteht vorzugsweise aus einem Material mit geringen dielektrischen Verlusten.
Jedes expandierbare Kunststoffmaterial kann in der Vorrichtung nach der Erfindung geformt werden. Beispielsweise seien als expandierfähige in der Vorrichtung nach der Erfindung formbare Materialien genannt:Polystyrol; Polyäthylen; Polyurethan expandierfähiger Art.
Ein Minimalabstand muß zwischen den Formen und der Wandung des Resonanzhohlraums eingehalten werden; der Minimalabstand kann vorteilhaft bei 65 mm liegen.
Der Fluidwärmeträgerkreis 13 ist vorzugsweise ebenfalls aus einem Material geringen dielektrischen Verlusten hergestellt, genauso wie der Druckluftkreis 14, der zum Auswerfen der geformten Artikel verwendet wird.
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Die in Fig. 3 gezeigte Vorrichtung zeigt ein Beispiel für die Anwendung der Form nach der Erfindung auf Gegenstände mit dünner Wandung wie Becher 18. Die Perlen aus Kunststoffmaterial werden über den Injektor 15 zwischen die Formhohlräume 1 einer aus zwei Teilen bestehe-nden Form nach der Erfindung, dem Matrizenteil und dem Patrizenteil 16 und 17 eingeführt, der wie in Fig. 2 dargestellt, in einer Presse angeordnet ist, auf der ein mit UHF-Strahlung gespeister Resonanzhohlraum angeordnet ist.
Nach dem dargestellten Beispiel haben die Formhohlräume aus absorbierendem Material eine Dicke von 0,8 mm. Die gegebenenfalls vorgesehene Speisung mit polarer Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, erfolgt durch bewegliche nicht dargestellte Injektoren, wobei das Formen der Kunststoffe nach der Erfindung ohne Einführen polarer Flüssigkeit im Falle des Formens von Gegenständen mit dünner Wandung vorgenommen werden kann. Die Kühlung der Form erfolgt durch Konvektion mittels Druckluft, die vorzugsweise ebenfalls über bewegliche nicht dargestellte Injektoren eingeführt werden kann.
Beispielsweise ermöglicht eine Anordnung mit 8 karussellförmig angeordneten Formen und mit 6 Matrizenhohlräumen während eines Arbeitszyklus von 45 Sekunden die Herstellung von 3840 Bechern pro Stunde, die etwa 2 g wiegen, wobei 7,6 kg Kunststoff umgeformt werden. Die Mikrowellenleistung Presse plus Vorexpansator liegt bei 2,5 kw.
Die beschriebene Anordnung, bei der die Perlen aus vorzugsweise vorexpandiertem Kunststoff, die gegebenenfalls ein Treibmittel enthalten, in Formen 4 oder 16-17,die für UHF-Strahlung durchlässig sind, gegebenenfalls gleichzeitig mit einer polaren Flüssigkeit wie Wasser zu Erzeugung von Dampf "in situ", der für das Verschweißen der Perlen notwendig ist,
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eingeführt werden, sorgt für eine gute Verteilung der Wärme aufgrund der Tatsache, daß der mit den Perlen in Kontakt kommende Teil der Form, der wie oben angegeben, aus einem Material mit relativ hohen dielektrischen Verlusten besteht, einen Teil der UHF-Energie absorbiert und diese in Form von Wärme durch Leitung an das zu formende Kunststoffmaterial in dem oder den Formhohlräumen angibt.
So vermeidet die Form nach der Erfindung mit UHF-Strahlung absorbierenden Formhohlräumen die Bildung von Dampfkondensaten an den Wandungen, was, in Zuordnung zu der Tatsache, daß letzere sehr dünn sind und die UHF-Strahlung absorbieren, den Kühlzyklus verkürzt, was zu einer beachtlichen Einsparung an Zeit und Energie führt.
Andere Vorteile der Formen nach de,r Erfindung liegen in der Tatsache, daß ihr Entstehungspreis sehr gering ist; sie können durch einfaches Gießen hergestellt werden; eine Anordnung von der Karussellbauart kann bei gleichem Herstellungspreis von Vorrichtung und Form doppelt soviel herstellen, wie es nach bekannten Verfahren (Dampfkessel + bearbeitete Form) möglich ist.
Ein weiterer wichtiger Vorteil nach der Erfindung liegt in der Tatsache, daß die Dauer des Formwechsels erheblich vermindert wird, da hier eine große Vereinfachung eintritt.
Die Vorrichtung nach der Erfindung ermöglicht im übrigen das Formen von Gegenständen mit dünnen Wandungen von ausgezeichneter Qualität nach dem Verfahren mit sog. "trockenen Wandungen" bei Fehlen einer polaren Flüssigkeit.
In die Beschreibung wurde nur das für die Erfindung als wesentlich Erachtete aufgenommen; alles andere wurde fortgelassen.
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Claims (14)

ISOBOX-BARBIER S.A. F-29114 BANNALEC,Frankreich Vorrichtung und Verfahren zum Formen expandierter Kunststoffe durch Ultrahochfrequenzstrahlung
1.] Vorrichtung zum Formen expandierter Kunststoffe, insbesondere dielektrischer Materialien durch Ultrahochfrequenz (U.H.F.)-Strahlung, wobei in Zuordnung zu einer Presse und einem Resonanzhohlraum eine Form vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet , daß diese Form bzw. dieser Matrizenhohlraum, der mit dem zu formenden Kunststoffmaterial in Berührung steht, aus einem Material mit erhöhten dielektrischen Verlusten, welches die U.H.F.-Strahlung absorbiert, besteht; und daß das Material insbesondere aus einem Harz mit einem geringen Anteil, vorzugsweise zwischen 1 und 5 % U.U.F.-Strahlung leitendem Rußschwarz besteht und daß der Körper der Form aus einem U.H.F.-Strahlung nicht absorbierenden Material, insbesondere einem Harz mit Fasern aus reinem Siliciumdioxyd und/oder Glas von geringem Verlustwinkel besteht.
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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Zirkulation (2) eines Wärmeträgerfluids mit geringen dielektrischen Verlusten und hoher spezifischer Wärme oder Körperwärme in Zuordnung zum Formkörper (4).
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zei chnet, daß die Zirkulation (2) des Wärmeträgerfluids im Formkörper (Fig.1; Fig. 2) vorgesehen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zirkulation des Wärmeträgerfluids in Form eines Mantels oder einer Verkleidung des Formkörpers hergestellt ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Kühlung der Form durch Zirkulation von Druckluft gegen die Außenwandungen der Form herbeiführbar ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch auf den Außenwandungen der Form angeordnete Rippen zur Unterstützung der Druckluftzirkulation.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die mechanischen Teile der Form, insbesondere die Injektoren und Entlüftungen aus Polytetrafluoräthylen und/oder Glaskeramik hergestellt sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens eine Form in dem Resonanzhohlraum angeordnet ist, wobei dieser auf einer Presse mit einem festen Teil und einem beweglichen Teil (6;7) vorgesehen ist und einer dieser Teile durch einen U.H.F.-Hohlleiter erregbar ist und der andere Teil den oder die Formen aufnimmt, wobei die Anord-
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nung der Formen bezüglich der Wandung des Resonanzhohlraums derart ist, daß diese sich unter einem bestimmten Minimalabstand zur Wandung des Resonanzhohlraums befinden.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (10) zum Durchwirbeln des elektromagnetischen Feldes am Ausgang des Hohlleiters im Resonanzhohlraum (11) zur Verhinderung der Bildung stationärer Wellen angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zum Durchrühren des elektromagnetischen Feldes mit Einrichtung zum Leiten der UHF-Strahlung, insbesondere einem Deflektor (8) im Resonanzhohlraum (10) zusammenwirkt.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Speisekreise für Kunststoffmaterial, Wärmeträgerfluid und Druckluft aus einem Material mit geringen dielektrischen Verlusten hergestellt sind.
12. Verfahren zum Formen expandierter Kuststoffmaterialien, insbesondere dielektrischer Materialien durch UHF-Strahlung, dadurch gekennzeichnet , daß die Vorgänge des Formens in einer Form durchführbar sind, deren mit dem zu formenden Kunststoffmaterial in Berührung stehender Teil bzw. Form- oder Matrizenhohlraum aus einem Material mit erhöhten dielektrischen Eigenschaften, das die UHF-Strahlung absorbiert, besteht, wobei das Material vorzugsweise aus einer Schicht eines Harzes besteht, das einen geringen Anteil, vorzugsweise zwischen etwa 1 und 5 % an UHF-Strahlung leitendem Rußschwarz enthält, wobei der Aufbau der Form derart ist, daß ein Teil der UHF-Energie absorbiert und in Form von Wärme durch Konduktion an das zu formende im Formhohlraum enthaltende Kunststoffmaterial abgegeben wird.
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13. Verfahren zum Formen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß Kunststoffperlen, die gegebenenfalls ein Treibmittel enthalten und gegebenenfalls vorexpandiert sind, gegebenenfalls gleichzeitig mit einer polaren Flüssigkeit in eine Form nach einem der Ansprüche 1 bis 7, die vorzugsweise aus zwei Teilen besteht und in einer geeigneten Presse angeordnet ist, der Wirkung einer UHF-Strahlung über einen Zeitraum von 5 bis 1800 Sekunden zur Herstellung von geformten Artikeln oder Gegenständen aus expandiertem Kunststoff ausgesetzt werden, welche Wandungen jeder gewünschten Dicke aufweisen und insbesondere geformte Gegenstände mit dünnen Wandungen hergestellt werden.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, durchgeführt in einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
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OPIGINAL !NSPECTSD
DE2837628A 1977-09-09 1978-08-29 Vorrichtung zum Formen expandierter Kunststoffe durch Ultrahochfrequenzstrahlung Expired DE2837628C2 (de)

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