DE4036052C2 - Verfahren zur Verminderung von Spannungen in Schaumstoffblöcken aus Polymethacrylimid - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Verminderung von Spannungen in Schaumstoffblöcken aus Polymethacrylimid sowie die Zerlegung der Blöcke in Schaumstofftafeln.

Nach DE 35 19 005 A1 erhält man Polymethacrylimid- Schaumstoffe aus treibmittelhaltigen Blöcken eines Mischpolymerisats von Methacrylsäure und Methacrylnitril durch Erhitzen auf Temperaturen über 200°C.

Methacrylimid-Einheiten der Struktur

entstehen aus benachbarten Einheiten von Methacrylsäure und Methacrylnitril durch eine Cyclisierungsreaktion. Methacrylimideinheiten machen vorzugsweise 50 bis 90 Gew.-% des Polymerisats aus.

Zum Aufschäumen werden die Blöcke in einen entsprechend erhitzten Wärmeschrank oder gemäß DE 36 30 930 A1 nach Vorwärmung in ein Mikrowellen- oder Hochfrequenzfeld eingebracht. In beiden Fällen läßt man die entstandenen Schaumstoffblöcke an Luft auf Raumtemperatur abkühlen. Sie haben beispielsweise eine Dicke von 50 bis 200 mm und ebene, parallele eberflächen von 0,5 bis 5 m². Die Dichte liegt zwischen 0,025 und 0,3 g/cm³.

Die Schaumstoffblöcke werden anschließend durch Schnitte parallel zu ihren größten Oberflächen in mehrere Tafeln zerlegt. Obwohl die Schnittflächen streng in einer Ebene geführt werden, erweisen sich die Schaumstofftafeln als nicht völlig eben. Über eine Tafellänge von 2 500 mm kann eine Wölbung bis zu 100 mm auftreten. Es wurde festgestellt, daß diese Wölbung auf Spannungen in dem Schaumstoffblock zurückzuführen ist, die sich zwar innerhalb des Blockes aufheben, jedoch zutagetreten, wenn die Blöcke in Tafeln zerlegt werden.

DE-OS 1 939 053 beschreibt ein Verfahren zur Verbesserung der Gebrauchseigenschaften von Gegenständen aus polymerem Material, u. a. auch geschäumten Kunststoffen, durch Temperaturbehandlung.

US 4 639 343 beschreibt ein Verfahren zum Verformen von Polyimidschaumstoffplatten durch einseitige Hitzebehandlung, wodurch auf der entsprechenden Materialseite eine höhere Materialdichte und eine verbesserte Flammschutzwirkung erzielt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verminderung der Spannung in Schaumstoffblöcken aus Polymethacrylimid mit zwei parallelen, ebenen Oberflächen zu finden, so daß aus den Blöcken durch ebene Schnitte parallel zu ihren Oberflächen unverzogene Tafeln mit ebenen Oberflächen geschnitten werden können. Erfindungsgemäß lassen sich diese Spannungen dadurch vermindern oder beseitigen, daß man die Oberflächen des Schaumstoffblockes, dessen Innentemperatur unter 50°C liegt, so schnell auf eine Temperatur von 75°C bis 180°C erhitzt, daß das Innere des Schaumstoffblockes nicht über 70°C erwärmt wird, und danach auf Raumtemperatur abkühlen läßt.

Die Erfinder führen die Spannungen in den Schaumstoffböcken auf den zeitlichen bzw. räumlichen Verlauf der Abkühlung nach dem Aufschäumen zurück. Die Oberflächen kühlen an Luft sehr rasch auf Raumtemperatur ab, während die Temperatur im Innern infolge der geringen Wärmeleitfähigkeit des Schaumstoffes noch lange Zeit sehr hoch bleibt. Durch die Schrumpfung beim Abkühlen üben die Oberflächen auf den noch heißen Kern Kräfte aus, die bei der vollständigen Abkühlung als Spannung erhalten bleiben und bei der Zerlegung in Tafeln zu Verwerfungen führen.

Es ist zwar in verschiedenen Gebieten der Technik gebräuchlich, Spannungen in einem Werkstoff durch Tempern auszugleichen. Diese Technik, bei der der Werkstoff gleichmäßig auf eine erhöhte Temperatur erwärmt wird, führt bei Schaumstoffblöcken nicht zum Ziel, da das ungleichmäßige Abkühlungsverhalten erneut zur Ausbildung von Spannungen führen würde.

Die Erfindung geht deshalb den Weg, nur die sehr oberflächennahen Bereiche bei einer Temperatur zu tempern, die zur Relaxation der Spannungen führt, und das Innere unterhalb einer Temperatur zu belassen, die beim Abkühlen zum Aufbau von Spannungen führen würde. Dadurch können die Spannungen erfolgreich abgebaut werden, so daß der Schaumstoffblock nach Abkühlung durch einen oder mehrere Schnitte parallel zu den Oberflächen in zwei oder mehr ebene Tafeln zerlegt werden kann.

Vorzugsweise wird der Schaumstoffblock von beiden Seiten bis zu einer Tiefe von einem Drittel seiner Gesamtdicke auf eine Temperatur von 70 bis 150°C erhitzt und das mittlere Drittel auf einer Temperatur unter 60°C belassen.

Die Einstellung des erfindungsgemäß erforderlichen Temperaturprofils hängt von der Temperatur der Oberflächen während der Erwärmung, bzw. von dem Temperaturgefälle von der Oberfläche zum Innern ab. Wenn der Schaumstoffblock einer langsam steigenden Umgebungstemperatur ausgesetzt würde, bliebe das Temperaturgefälle klein und die Innentemperatur würde der Oberflächentemperatur stetig in geringem Abstand folgen. Setzt man den Block dagegen einer intensiven Wärmeeinwirkung aus, bei der schnell eine hohe Oberflächentemperatur und ein hohes Temperaturgefälle erreicht werden, so wird dank der geringen Wärmeleitfähigkeit des Schaumstoffes nur der oberflächennahe Bereich auf die zur Spannungsrelaxation erforderliche Temperatur erwärmt, während das Innere unter dieser Temperatur bleibt. Die Innentemperatur bleibt um so niedriger, je niedriger die Temperatur des Blockes vor Beginn der Erwärmung liegt. Sie soll 50°C nicht überschreiten und liegt im Regelfall bei Raumtemperatur.

Eine genügend schnelle Erhitzung der Oberflächen läßt sich in einem Umluftwärmeschrank kaum durchführen. Vorteilhafter werden die Oberflächen mittels Strahlungswärme erhitzt, wobei man die Strahlungsquelle vorzugsweise weniger als 5 min lang einwirken läßt.

Eine dafür geeignete Vorrichtung ist in Fig. 1 in einer senkrechten Schnittzeichnung dargestellt. Bei einer Strahlerleistung von 5-10 kW/m² und einem Strahlerabstand von 100 bis 300 mm von der Schaumstoffoberfläche wird das erforderliche Temperaturprofil in 3 bis 15 min erreicht. Zweckmäßig wird der Schaumstoffblock 4 mit gleichförmiger Geschwindigkeit durch ein auf beide Oberflächen gleichzeitig einwirkendes Strahlerfeld geführt. Es wird mit je einer Reihe von vorzugsweise senkrecht angeordneten Wärmestrahlern 1, 2 erzeugt. Der Schaumstoffblock kann z. B. an der Oberkante hängend an einer Tragschiene 3 geführt werden. In diesem Fall kann bei einer Strahlungsleistung von etwa 5 kW je Meter der Bahnbreite eine Durchlaufgeschwindigkeit von 1 bis 3 m/min eingestellt werden.

Werden unter den angewandten Bedingungen die vorhandenen Spannungen nicht beseitigt, so kann die Dauer der Wärmebehandlung verändert oder die Wärmebehandlung wiederholt werden.

Nach der Wärmebehandlung läßt man den Block vorzugsweise bei normaler Raumtemperatur abkühlen. Anschließend kann er mittels einer Bandsäge in Tafeln von z. B. 5 bis 50 mm Dicke geschnitten werden. Der Block gilt als spannungsfrei im Sinne der Erfindung, wenn die geschnittenen Tafeln über eine Ausdehnung von 3 000 m eine Wölbung von höchstens 15 mm haben. Bei Tafeln von 1 cm Dicke ist eine Wölbung von 0 bis 5 mm anzustreben. Als Wölbung wird der lichte Abstand des Mittelpunktes der frei liegenden Tafel von einer ebenen Unterlage bezeichnet, wobei die konkave Seite unten liegt.

BEISPIEL

55 mm dicke Blöcke 4 ausPolymethacrylimid-Schaumstoff mit einer Dichte von 0,07 g/cm³ und einer Größe von 1 300 × 2700 mm werden an einer Schmalseite an schienengeführten Laufwagen hängend befestigt. Die Temperatur der Blöcke beträgt 20°C. Sie werden mit einer Geschwindigkeit von 1,25 m/min durch ein Strahlerfeld gefahren. Es besteht aus je einer 3 m langen, senkrechten Reihe von 12 Infrarotstrahlern 1, 2 auf jeder Seite des Laufweges des Schaumstoffblockes. Jeder Strahler hat eine Größe von 250 × 250 mm und eine Leistung von 1200 Watt. Der Abstand der Strahler zu den Oberflächen des Schaumstoffblockes beträgt jeweils 200 mm.

An einem mit Temperaturfühlern 5, 6 bestückten Schaumstoffblock wird eine maximale Oberflächentemperatur von 94°C und eine maximale Innentemperatur von 55 bis 60°C gemessen. Nach einer Abkühlzeit von 6 Stunden werden aus einem Block zwei je 25 mm dicke Tafeln geschnitten, an denen Wölbungen von 0 bzw. 4 mm gemessen werden. Ein anderer Block wird in vier Tafeln von je 12 mm Dicke geschnitten; sie haben Wölbungen von 10, 0, 0 und 15 mm. Zum Vergleich wird ein nicht getemperter Block in zwei Tafeln von je 25 mm Dicke zerlegt; sie haben Wölbungen von je 100 mm.

Wird die Laufgeschwindigkeit auf 2 bzw. 3 m/min erhöht, so werden an den Schaumstoffblöcken maximale Innentemperaturen von 56 bzw. 50°C und maximale Oberflächentemperaturen von 73 bzw. 75°C gemessen. Nach Zerlegung in 25 mm dicke Tafeln ergeben sich Wölbungen von 24/41 bzw. 55/40 mm.

Claims (3)

1. Verfahren zur Verminderung von Spannungen in Schaumstoffblöcken aus Polymethacrylimid mit zwei parallelen, ebenen Oberflächen, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberflächen des Schaumstoffblockes, dessen Innentemperatur unter 50°C liegt, so schnell auf eine Temperatur von 75°C bis 180°C erhitzt, daß das Innere des Schaumstoffblockes nicht über 70°C erwärmt wird, und danach auf Raumtemperatur abkühlen läßt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen durch Strahlungswärme erhitzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Strahlung weniger als 5 min lang einwirken läßt.