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