DE3712973C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Hohlkörpers aus einem thermoplastischen oder elastomeren, unter Anwendung von Druck und Wärme bleibend verformbaren Schaumstoff, bei dem ein Hohlprofil aus dem Schaumstoff mit mindestens einer im wesentlichen luftundurchlässigen Schicht eine im thermoelastischen bis zum beginnenden thermoplastischen Zustandsbereich liegende Temperatur aufweist, bei dem ein Abschnitt des Hohlprofils als Vorformling in ein geteiltes Formwerkzeug eingebracht und zu dem Hohlkörper aufgeblasen sowie der Hohlkörper nach ausreichender Abkühlung entformt wird.

Eine Reihe von insbesondere thermoplastischen, ggf. vernetzten Schaumstoffen lassen sich vorteilhaft durch Extrusion und nachfolgendes Ausschäumen als Bahnen oder Schlauchfolien herstellen, wozu nur beispielsweise auf die DE-PS 19 94 130, DE-OS 31 00 665 und DE-OS 32 37 392 verwiesen wird.

Es ist bekannt, aus diesen thermoplastischen Kunststoffen, die in Folien-Bahnenform vorliegen, spanlos durch Tiefziehen in Positiv- oder Negativ-Verfahren mittels Vakuum-, Überdruck- durch Preßluft bzw. in Preßverfahren mit Patrize und Matrize Formteile zu formen. Hierzu wird nur beispielsweise verwiesen auf die DE-OS 25 04 691 - Tiefziehen von Kofferraummatten aus vernetzten Polyolefin-Schaumstoffbahnen -, DE-OS 26 56 194 und DE-PS 35 08 125 - Formen und Kaschieren von Schaumstoffrohlingen in Pressen mit Patrize und Matrize.

Mit diesen bekannten Verformungsverfahren ist es jedoch nicht möglich, Hohlkörperformteile aus Schaumstoffen mit einseitigem oder beidseitigem offenen Ende und komplizierter Außenkontur rationell herzustellen.

In den US-Patentschriften 33 63 034 und 31 37 745 wird ein Verfahren zum Herstellen von Hohlkörperformteilen aus Schaumstoffen durch Blasformen beschrieben, bei dem im In-line-Verfahren ein frisch extrudiertes Schaumstoffrohr zur gleichförmigen Rohrabschnitten als Vorformlinge abgelängt und diese im noch warmen Extrusionszustand direkt der Blasverformung zugeführt werden. Während nach der US-PS 33 63 034 unvernetzte Schaumstoffe verarbeitet werden, die mindestens eine luftundurchlässige Schicht außen oder innen aufweisen, wird bei dem Verfahren nach der US-PS 31 37 745 von einem bei der Extrusion direkt vernetzten Schaumstoff ausgegangen, der überwiegend geschlossenzellig ist.

Beim Blasverformen des Schaumstoffes ist zu beachten, daß eine Ausweitung des Volumens des Schaumstoffes, insbesondere des Außenumfanges des Vorformlings aus Schaumstoff in nur geringem Umfange möglich ist, wenn es zu keiner zu großen Verdichtung und damit Zerstörung des Schaumstoffes kommen soll. Des weiteren sind Überanspruchungen einzelner Wandbereiche durch zu starkes Aufblasen gegenüber anderen weniger stark aufgeblasenen Wandteilen ebenso zu vermeiden, so daß Vorformlinge aus Rohrabschnitten im wesentlichen nur gleichförmig aufgeblasen werden können. Daher lassen sich mit dem In-line-Verfahren gemäß den genannten US-Patentschriften Hohlkörperformteile aus Schaumstoffen mit komplizierter Außenkontur, großen Dimensionsunterschieden der aufzublasenden Querschnitte und unsymmetrischen Querschnitten nicht herstellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Herstellen von Hohlkörperformteilen mit beliebigen Konturen, aus Schaumstoff durch Aufblasen eines Vorformlings zu ermöglichen.

Ausgehend von dem gattungsgemäßen Verfahren gemäß der US-PS 33 63 034 schlägt die Erfindung zur Lösung der gestellten Aufgabe vor, daß das Hohlprofil aus einer Bahn oder Folie aus dem Schaumstoff durch haftfestes Verbinden der Längskanten gebildet und bei Raumtemperatur zu den Vorformlingen abgelängt wird, daß jeder der Vorformlinge auf eine unterhalb der thermoplastischen Fließtemperatur des Schaumstoffes liegende Temperatur vorgewärmt wird und daß der Vorformling nach dem Einbringen in das Formwerkzeug mittels in den Vorformling eingeführter, mindestens auf Fließtemperatur des Schaumstoffes temperierter Blasluft aufgeblasen wird.

Erfindungsgemäß wird die Rohform des Vorformlings in geeigneter Weise vordimensioniert, ausgerichtet am Fertigprodukt, wobei beliebige Konturen durch Einsatz entsprechend vorgebildeter Vorformlinge der durch Aufblasen herzustellenden Hohlkörperformteile erzeugt werden können.

Erfindungsgemäß tritt an Stelle der In-line-Verarbeitung ein zweistufiges Verfahren, bei dem in einer ersten Stufe Vorformlinge aus Schaumstoff hergestellt werden, und diese kalten, d. h. Raumtemperatur aufweisenden Vorformlinge anschließend unter Erwärmung zu dem gewünschten Hohlkörperformteil aufgeblasen werden.

Gemäß der Erfindung werden Hohlkörperformteile aus Schaumstoff durch Blasformen aus Schaumstoffschlauchbahnen oder Schlauchfolien, ein- oder mehrschichtigen Aufbaus, hergestellt. Es wird das Prinzip des Hohlkörperblasformens angewendet, wonach aus einem geschäumten bzw. schäumbaren Rohmaterial, das in Bahnen bzw. Folien vorliegt, über einen Vorformling in entsprechender Größe das gewünschte Hohlkörperformteil hergestellt wird. Insbesondere ist an Hohlkörperformteile aus Schaumstoff gedacht, die bei Leichtgewichtigkeit isolierende Funktionen, wie Wärmeschutz, Kälteschutz, Schallschutz ausüben sollen, beispielsweise Verkleidungsteile von Maschinen, Verpackungsteile, Verpackungsbehälter, Luftzuführungskanäle, beispielsweise in Kraftfahrzeugen, Isolierhüllen und vieles andere mehr.

Für die Anwendung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen von Hohlkörperformteilen durch Blasformen eignen sich insbesondere alle thermoplastischen und/oder elastomeren Schaumstoffe, die unter Anwendung von Druck und Wärme bleibend verformbar sind. Dies sind bevorzugt Schaumstoffe auf Basis von Polyolefinen, wie Polyethylen, Polypropylen, Ethylen-Propylen-Kautschuken, Ethylen-Propylen-Dien- Kautschuken, Ethylen-Vinyl-Acetat sowie Schaumstoffen aus Mischungen dieser Kunststoffe. Soweit die Schaumstoffe nicht bereits durch ihr Herstellungsverfahren geschlossenzellig bzw. überwiegend geschlossenzellig ausgebildet sind und damit im wesentlichen luftundurchlässig, sind die Schaumstoffe mit mindestens einer im wesentlichen luftundurchlässigen Schicht auszurüsten. Dies kann beispielsweise eine Oberflächenschicht sein, die durch Versiegelung erzeugt wird. Es ist auch denkbar, beispielsweise eine kompakte Haut, die als Schäumhaut entsteht, auf der Außen- oder Innenseite des Vorformlings vorzusehen. Darüber hinaus ist es auch möglich, den Schaumstoff mit einer undurchlässigen Oberflächenschicht durch Kaschieren mit einer tiefziehbaren dehnbaren Schicht, insbesondere einer thermoplastischen Kunststoffolie auf der späteren Außen- und/oder Innenseite des Formkörpers vorzusehen. Mit besonderem Vorteil und bevorzugt werden vernetzte Schaumstoffe eingesetzt, wobei die Vernetzung je nach Herstellungsart chemisch oder physikalisch erfolgen kann oder auch die Anwendung durch Silane vernetzter Schaumstoffe. Die vernetzten Schaumstoffe haben den Vorteil, daß sie eine höhere Wärmefestigkeit und hohe Elastizität aufweisen und überwiegend geschlossenporig ausgebildet sind. Für Formkörper mit besonders hohen Ansprüchen an die Wärmefestigkeit können auch elastische Schaumstoffe auf Basis von Polyurethanen und/oder Polyisocyanuraten eingesetzt werden, die noch über 140°C wärmebeständig sind.

Als Flächengebilde für die Kaschierung der Schaumstoffe, insbesondere für die außenseitige Kaschierung der herzustellenden Hohlkörperformteile, eignen sich insbesondere elastische dehnbare bzw. tiefziehfähige textile Flächengebilde aus natürlichen und/oder synthetischen Fasern, beispielsweise in Form von Geweben, Gewirken, Vliesen, wobei auch stretchartige Textilien vorteilhaft zur Anwendung kommen können.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können einschichtige Schaumstoffbahnen oder -folien zu den gewünschten Hohlkörpern aufgeblasen werden, jedoch ist es auch möglich, mehrschichtige Folien aus unterschiedlichen Materialien, beispielsweise kompakten Kunststoffen und geschäumten Kunststoffschichten einzusetzen und hieraus durch Blasformen entsprechende Formkörper herzustellen.

Bei der Ausbildung des Vorformlings ist darauf zu achten, daß die Außenkontur bzw. der Außendurchmesser desselben in etwa dem späteren Außendurchmesser des herzustellenden Formteiles entspricht. Da eine Ausweitung des Volumens des Schaumstoffes, auch des Außenumfanges Grenzen gesetzt sind und auch keine zu große Verdichtung des Schaumstoffes erfolgen soll, ist es von Vorteil, die Rohform des Vorformlings in geeigneter Weise vorzudimensionieren, ausgerichtet am Fertigprodukt.

Zum Aufblasen können aus dem Schaumstoff rohrförmige, d. h. an beiden Seiten offene Vorformlinge oder auch hohlkörperartige Vorformlinge, bei denen ein Endbereich des beidseitig offenen rohrförmigen Vorformlings bereits geschlossen ist, beispielsweise durch Erwärmen auf Verformungs- bzw. Schweißtemperatur und Verschließen durch Verschweißen gebildet werden.

Beispielsweise ist es möglich, rohrförmige Vorformlinge aus Schaumfolienstreifen durch haftfestes Verbinden der Längskanten zu einem Rohr und Ablängen desselben herzustellen.

Die spanlose Formgebung durch Blasformen erfolgt bevorzugt im thermoelastischen bis thermoplastischen Zustandsbereich des Schaumstoffes bzw. der thermoplastischen Kunststoffe, wobei für ein rationelles Arbeiten die Vorformlinge zumindest bis in den thermoelastischen Zustandsbereich vorgewärmt werden, um dann in dem Formwerkzeug durch die erwärmte Blasluft kurzzeitig bis in den thermoplastischen Zustand erwärmt und dabei verformt zu werden. Bei Polyolefin-Schaumstoffen wird eine gute Blasverformung dann erreicht, wenn auch die Kernschicht des Schaumstoffes auf eine Temperatur im Bereich von etwa 80 bis 130°C erwärmt wird und die Außenschichten, d. h. die mit der heißen Blasluft in Berührung kommende Schicht auf eine Temperatur von mindestens etwa 130 bis 160°C erwärmt wird. Um ein schnelles Erwärmen des Schaumstoffes auf die ausreichende Verformungstemperatur durch die Blasluft zu erzielen, wird vorgeschlagen, daß die Blasluft mindestens auf eine über 30°C höhere Temperatur als die thermoplastische Fließtemperatur des Schaumstoffes beträgt, erwärmt wird. Andererseits ist dann wieder eine schnelle Entformung des geformten Hohlkörperformteiles angestrebt, die nur dann erfolgen kann, wenn der Schaumstoff-Formkörper ausreichend schnell durch Abkühlung sich verfestigt, d. h. aus dem thermoplastischen Zustand wieder in den thermoelastischen bzw. festen Zustand zurückgeführt ist. Hierzu wird in weiterer Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, daß die Forminnenwände des Formwerkzeuges auf einer Temperatur unterhalb der Fließtemperatur des thermoplastischen Schaumstoffes, insbesondere unterhalb 70°C, vorzugsweise unterhalb 50°C temperiert, d. h. gekühlt werden. Dies bewirkt nicht nur die Ausbildung einer glatten Oberfläche an dem Hohlkörper, sondern fördert auch das mögliche schnelle Entformen. Um ein Ankleben des Schaumstoffes an den Forminnenwänden zu vermeiden, können diese ggf. mit einem Trennmittel oder einer Antihaftschicht, beispielsweise auf Basis fluorierter Kunststoffe beschichtet sein.

Um ein schnelles Entformen des Hohlkörperformteiles nach dem Aufblasen zu ermöglichen, kann nach dem Aufblasen und vor dem Entformen des Hohlkörperformteiles in den Hohlkörperformteil kalte Blasluft, beispielsweise von Raumtemperatur eingeblasen werden, so daß Abkühlung und Verfestigung eintritt und danach die Entformung vorgenommen werden kann.

In weiterer Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen von Hohlkörperformteilen aus Schaumstoff ist es auch möglich, den Aufschäumvorgang mit dem Blasformgang zu verbinden.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist es aber auch möglich, die gewünschten Hohlkörperformteile aus Schaumstoff in der Weise herzustellen, daß aus einem vernetzbaren, im wesentlichen noch unvernetzten Schaumstoff der Vorformling hergestellt und in dem Formwerkzeug zu dem gewünschten Hohlkörper aufgeblasen und erst nach dem Entformen der Hohlkörper vernetzt wird. Diese Vernetzung kann entweder physikalisch erfolgen oder aber auch beispielsweise in Gestalt der Silanolvernetzung, indem Vorformlinge aus einer entsprechenden Zusammensetzung verwendet werden.

Darüber hinaus ist es auch möglich, das erfindungsgemäße Verfahren in der Weise durchzuführen, daß aus einer vernetzbaren und verschäumbaren thermoplastischen Formmasse bei unterhalb der die Verschäumung und Vernetzung bewirkenden Temperaturen ein Vorformling geformt wird, beispielsweise durch Spritzen oder Extrudieren, und dieser Vorformling anschließend in einem Blasformwerkzeug mit geteiltem Formwerkzeug und Blasdorn zu dem gewünschten Hohlkörperformteil unter Ausschäumen geformt wird, wobei die Vernetzung entweder gleichzeitig mit dem Ausschäumen erfolgen kann oder aber später nach dem Entformen des Hohlkörperformteiles physikalisch oder durch Silanolvernetzung durchgeführt werden kann.

Die so hergestellten Hohlkörperformteile können noch je nach Gestalt entgratet, beschnitten und besäumt werden.

Das Prinzip der Silanolvernetzung von Polyolefinen und Schäumen hieraus ist beispielsweise in den DE-AS 19 63 571 und 21 51 270 beschrieben. Entsprechend zusammengesetzte Formmassen mit Schäummitteln können nach entsprechender Verarbeitung auch für die vorliegende Erfindung verwendet werden.

Beispielsweise kann für das vorgenannte Verfahren ein flexibler geschlossenzellig geschäumter Schaumstoff auf Basis von thermoplastischem vernetztem Polyolefin verwendet werden, der wie folgt hergestellt wird:

Granulatförmiges Polyolefin oder Polyolefin-Copolymer wird mit 0,5 bis 5 Gew.-% Vinyl-Silan vermischt, die erhaltene Mischung wird unter Feuchtigkeitsabschluß einem beheizten Mischextruder aufgegeben und bei einer Materialtemperatur zwischen etwa 180 und 200°C zur Bildung des Pfropfpolymers aufgeschmolzen und homogenisiert und die erhaltene Pfropfpolymer abgekühlt und granuliert. Dann wird das Pfropfpolymergranulat mit 0,05 bis 1 Gew.-% Katalysator zur Feuchtigkeitsvernetzung, z. B. Dibutylzinndilaurat und ggf. 0,1 bis 2 Gew.-% Antioxydationsmittel vermischt, die erhaltene Mischung in einem Extruder bei einer Materialtemperatur zwischen etwa 180 und 210°C aufgeschmolzen wird, dann direkt in die Schmelze Treibgas, beispielsweise Dichlortetrafluorethylen oder Dichlordifluormethan in einer Menge von 10 bis 50 Gew.-% unter Druck eingepreßt wird und die so begaste Schmelze in dem Extruder unter Herabsetzung der Schmelzetemperatur auf etwa 95 bis 105°C gemischt und homogenisiert und extrudiert wird und das dabei ausgeschäumte Extrudat in die Blasformwerkzeuge eingeführt und zu Blasformteilen verarbeitet wird.

Das hergestellte Blasformteil wird dann anschließend Feuchtigkeit ausgesetzt, beispielsweise in einem Raum mit einer relativen Luftfeuchtigkeit über 60% für einen Zeitraum von 2, 3 oder mehr Tagen gelagert, wobei die Feuchtigkeits­ vernetzung - je nach Zusammensetzung der Schmelze - bis zu einem Vernetzungsgrad von 70% und mehr erfolgt. Nach diesem Verfahren werden Schaumstoffe mit geschlossenen Zellen mit sehr guter Temperaturbeständigkeit erhalten, wenn die Schmelze aus einem Pfropfpolymer aus Polyethylen oder einem anderen Polyethylen-Copolymer und Vinyltrimethoxisilan geschäumt und nach der Blasverformung feuchtigkeitsvernetzt wird. Es ist auch möglich, bei diesem Verfahren in die Schmelze ggf. noch ein Peroxyd, beispielsweise Dicomyperoxyd einzuführen, so daß ggf. zusätzlich eine peroxydische Vernetzung von Polyethylen oder Ethylen-Propylen-Copolymer erhalten wird. Das Herstellen flexibler geschlossenzelliger Polyolefin-Schaumstoffe, die sich für das erfindungsgemäße Herstellen von Blasformteilen eignen, wird beispielsweise in der DE-OS 33 10 295 oder DE-OS 32 37 392 beschrieben.

Darüber hinaus ist es auch möglich, Blasformteile aus Schaumstoff, der vernetzt ist und zwar chemisch vernetzt ist, in verschiedener Ausrüstung, auch in antistatischer, d. h. gleitfähiger Ausrüstung in Abwandlung des aus der DE-PS 16 94 130 bekannten Verfahrens bzw. für leitfähige Schaumstoffe nach dem in der EP-OS 01 86 887 beschriebenen Verfahren herzustellen. Hierbei wird eine Formmasse aus Polyolefinen, ggf. elektrisch leitfähigem Ruß, Treibmittel, Vernetzungsmittel und ggf. weiteren Zusatz- und Hilfsstoffen bei einer unterhalb der Zersetzungstemperaturen des Vernetzungsmittels und Treibmittels plastifiziert und in einem Extruder zu dem gewünschten Hohlprofil oder dergleichen extrudiert. Die noch nicht vernetzten und nicht verschäumten aus dem Extrudat hergestellten Vorformlinge werden in der Blasform auf eine die Vernetzung des Vorformlings und anschließende Verschäumung bewirkende Temperatur erwärmt bei gleichzeitigem Aufblasen zu dem gewünschten Formkörper. Nach einer ausreichenden Abkühlung erfolgt dann die Entformung. Bei diesem Verfahren ist es auch möglich, das Extrudat zwischenzulagern und erst später unter Vorwärmung der Blasverformung zuzuführen. Das vorangehend beschriebene Verfahren zum Herstellen von Schaumstoffen und Verarbeitung zu Blasformkörpern ist auch mit physikalischer Vernetzung anstelle chemischer Vernetzung möglich, indem keine Vernetzungsmittel in die Formmasse eingearbeitet werden, sondern nur Treibmittel, wie Acodicarbonamid, und das unvernetzte und unverschäumte Extrudat einer physikalischen Vernetzung unterworfen wird, bevor es zu den gewünschten Hohlkörperformteilen durch Blasverformung verarbeitet wird. Auch hier ist eine Zwischenlagerung des Extrudates, das noch nicht ausgeschäumt ist, bis zur Vernetzung und weiteren Verarbeitung möglich. Für das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen von Hohlkörperformteilen aus Schaumstoffen durch Blasverformung eignen sich insbesondere thermoplastische, flexible, überwiegend geschlossenzellige, unter Anwendung von Druck und Wärme verformbar oder tiefziehbare Schaumstoffe, vernetzt oder unvernetzt, physikalisch oder chemisch oder silanvernetzt, wie sie vielfältig bekannt sind.

Hierbei sind verschiedene Verfahrensführungen, ausgehend von Schaumstoffhohlprofilen oder Schaumstoffbahnen, aus denen Vorformlinge gefertigt werden, die kalt sind und dann über Erwärmungsschritte aufgeblasen werden möglich. Bei der Anwendung schäumbarer Vorprodukte, die erst beim Aufblasen ausgeschäumt werden, kann das Vernetzen der Schaumstoffe vor, während oder nach dem Aufblasen vorgenommen werden.

In der Fig. 1 ist ein mögliches Produkt in Gestalt des aus einem geschlossenzelligen Polyolefinschaums einstückig aus einem rohrförmigen Vorformling geblasenen Luftzuführungskanal 20 dargestellt, der die kleine Einströmöffnung 21 und die große Ausströmöffnung 22 aufweist.

Claims (4)

1. Verfahren zum Herstellen eines Hohlkörpers aus einem thermoplastischen oder aus elastomeren, unter Anwendung von Druck und Wärme bleibend verformbaren Schaumstoff, bei dem ein Hohlprofil aus dem Schaumstoff mit mindestens einer im wesentlichen luftundurchlässigen Schicht eine im thermoelastischen bis zum beginnenden thermoplastischen Zustandsbereich liegende Temperatur aufweist, bei dem ein Abschnitt des Hohlprofils als Vorformling in ein geteiltes Formwerkzeug eingebracht und zu dem Hohlkörper aufgeblasen sowie der Hohlkörper nach ausreichender Abkühlung entformt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß das Hohlprofil aus einer Bahn oder Folie aus dem Schaumstoff durch haftfestes Verbinden der Längskanten gebildet und bei Raumtemperatur zu den Vorformlingen abgelängt wird,
daß jeder der Vorformlinge auf eine unterhalb der thermoplastischen Fließtemperatur des Schaumstoffes liegende Temperatur vorgewärmt wird und
daß der Vorformling nach dem Einbringen in das Formwerkzeug mittels in den Vorformling eingeführter, mindestens auf Fließtemperatur des Schaumstoffes temperierter Blasluft aufgeblasen wird.

2. Verfahren nach A1, dadurch gekennzeichnet, daß das Temperieren der Blasluft auf eine mindestens 30°C höhere Temperatur als die Fließtemperatur des Schaumstoffes erfolgt.

3. Verfahren nach einem der A 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bilden des Hohlprofils aus einem vernetzbaren, im wesentlichen noch unvernetzten Schaumstoff erfolgt und daß der Schaumstoff nach dem Entformen des Hohlkörpers vernetzt wird.

4. Verfahren nach einem der A 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Bilden des Hohlprofils aus einem schäumbaren und vernetzbaren, im wesentlichen noch unvernetzten Kunststoff erfolgt,
daß das Aufschäumen des Kunststoffes beim Aufblasen des Vorformlings erfolgt und
daß das Vernetzen des Schaumstoffes gleichzeitig mit dem Aufblasen oder nach dem Entformen des Hohlkörpers erfolgt.