DE4421016A1 - Herstellung von CO2 geschäumten Kunststoffschaumplatten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoffschaum­ platten durch Extrusion und unter Verwendung von Kohlendioxid insbesondere aus Polystyrol (PS) und/oder Polyethylen (PE). Die Herstellung von Kunststoffschaumplatten durch Extrusion ist seit langem bekannt. Dabei wird der Kunststoff in Granulatform zusammen mit Treibmitteln und Zuschlägen in einen Extruder gegeben. Dort findet eine intensive Vermischung und Erwärmung statt, so daß der Kunststoff plastifiziert und das in der plastischen Kunststoffmasse gleichmäßig verteilte Treibmittel einen erheblichen Druck aufbaut. Nach Austreten aus dem Extruder bilden sich eine Vielzahl mehr oder weniger kleiner Blasen in dem Kunststoff. Es entsteht der Schaum. Ursprünglich wurden als Treibmittel gasförmige Kohlenwasserstoffe eingesetzt. Schon bald wurde jedoch erkannt, daß sich der Schaumbildungsprozeß sehr leicht durch Fluorkohlenwasserstoffe (FCKW) beherrschen läßt.

Leider verursachen die Fluorkohlenwasserstoffe eine sehr starke Umweltbe­ lastung. Sie schädigen die Ozonschicht.

Zur Verringerung der Umweltbelastung wurden dann Teilhalogenisierte Fluorkohlenwasserstoffe eingesetzt. Auch diese Treibmittel werden noch als umweltschädigend eingestuft.

Seit einiger Zeit bemüht sich die Fachwelt deshalb um ein geeignetes neues Treibmittel. Dabei werden dem CO2 besonders hohe Verwirklichungsaus­ sichten zugesprochen. CO2 ist als Treibmittel zwar auch seit langem bekannt und auch in der Praxis gebräuchlich. Weniger gebräuchlich ist die ausschließliche Verwendung von CO2 als Treibmittel.

Die ausschließliche Verwendung von CO2 bereitet erhebliche Schwierigkeiten. Das ist vor allem auf die schlagartige Treibwirkung des CO2 zurückzuführen. Im Ergebnis ist der ausschließliche Einsatz von CO2 bisher nur in beschränktem Umfang gelungen. Nicht alle gängigen Kunststoffe lassen sich mit CO2 schäumen. Die dabei bislang erreichbaren Dicken sind 80 mm. Demgegenüber werden für Dämm-Materialien Dicken bis 150 mm und mehr gefordert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geforderten Dicken mit ausschließlich CO2 geschäumten Kunststoffen darzustellen. Nach der Erfindung wird das durch Doppelung von Kunststoffschaumplatten unter Verschweißung an den Berührungsflächen erreicht.

Zwar sind mehrschichtige Kunststoffschaumplatten an sich z. B. aus der DE-OS 43 34 453 bekannt. Dort ist jedoch nicht die Erreichung sonst nicht erreichbarer Dicken sondern die Zusammenfügung von Materialien unterschiedlicher Beschaffenheit das Ziel der Maßnahme. Dementsprechend ist dort vorgesehen, daß Schaumstoffblöcke zerschnitten, behandelt und mit anderem Material verklebt werden.

In weiterer Ausbildung der Erfindung erfolgt das Verschweißen unter Verwendung eines Heizschwertes. Kunststoffschaumplatten ab einer gewissen Dicke lassen sich nicht ohne weiteres verschweißen. Das Problem ist das notwendige Anschmelzen der Berührungsflächen. Soweit Schweißvorgänge an Kunststoffschaum stattfinden, ist in der Praxis nur ein Anschmelzen mit Heißluft üblich. Solange die miteinander zu verschweißenden Kunststoffschaumteile eine geringe Fläche haben, kann das Anschmelzen der Schweißflächen relativ gut kontrolliert werden. Ein gleichzeitiges Anschmelzen großer Flächen ist bisher noch nicht verwirklicht worden. Zwar ist es bekannt großflächige Kunststoffschaumbahnen miteinander oder mit anderen Kunststoffbahnen zu verschweißen. Dabei wird aber immer nur ein kleiner Teil der Fläche mit Heißluft angeschmolzen, indem mit der Heißluft in einen Walzenspalt zwischen die Bahnen geblasen wird, die z. B. von oben und unten über die Walzen in den Walzenspalt laufen. Eine Übertragung dieses Schweißverfahrens auf Kunststoffschaum­ platten mißlingt, weil die Platten eine zu große Dicke besitzen, als daß sie ohne Schaden über Walzen in ausreichendem Maße gekrümmt werden könnten. Ein gleichzeitiges Anblasen der Gesamtfläche ist eine zu schwierige Alternative.

In dieser Situation schlägt die Erfindung mit der Verwendung eines Heiz­ schwertes eine einfach und sicher zu verwirklichende Lösung vor. Das Heiz­ schwert hat eine geringe Dicke. In Betracht kommen Dicken von 1 bis 10 mm, vorzugsweise 2 bis 4 mm. Das Heizschwert kann elektrisch oder mit einem durchfließenden Heizmedium auf die notwendige Schweißtemperatur gebracht werden. Je nach Kunststoffschaum liegt diese Temperatur zwischen 100 und 150 Grad Celsius. Beide Beheizungsvarianten lassen sich sicher beherrschen.

Mit Hilfe des Heizschwertes wird unter Berührung der Kunststoffschaum­ platten deren Oberfläche angeschmolzen. Das heißt, das Heizschwert wird unter Zusammendrücken zweier Platten zwischen diesen durchgezogen, noch vorteilhafter ist das Ziehen oder Schieben der Platten über das Heiz­ schwert. Dabei können wiederum zwei Walzen Anwendung finden. Günstig sind Walzen mit relativ großem Radius, die angetrieben sind und die Platten über das Schwert ziehen und die Schweißflächen nach Verlassen des Schwertes mit dem notwendigen Schweißdruck zur Berührung bringen. Die Kunststoffschaumplatten sind auch bei Dicken von 50 bis 80 mm noch aus­ reichend flexibel, um nach Verlassen des Heizschwertes eine für die Berührung notwendige Durchbiegung zu zeigen. Diese Mechanik wird durch die Bemessung eines Abstandes des Heizschwertes zum Walzenspalt be­ günstigt. Der Abstand wird jedoch so bemessen, daß die angeschmolzenen Schweißflächen auf dem Weg in den Walzenspalt keinen unzulässigen Temperaturabfall erfahren. Das richtige Abstandsmaß läßt sich mit Hilfe weniger versuchsweiser Einstellungen ermitteln.

Ahnliches gilt für die Bemessung der Heizschwertbreite. In der Praxis wird das Heizschwert in Abhängigkeit von der vorgesehenen Heizschwerttemper­ atur eine Breite von 20 bis 100 mm aufweisen. Die richtige Breite läßt sich durch versuchsweises Einsetzen verschiedener Heizschwerter mit unterschiedlichen Breiten ermitteln. Der Vorgang läßt sich auch durch Verän­ derung der Heizschwerttemperatur im zulässigen Toleranzbereich beeinflussen. Vorzugsweise wird die Heizschwerttemperatur jedoch nur zur Optimierung des Schweißvorganges verändert.

Die Länge des Heizschwertes ist so bemessen, daß es sich über die gesamte Breite der Kunststoffschaumplatten erstreckt. Wahlweise lassen sich auch mehrere Heizschwerter quer zu den Platten hintereinander anordnen.

Vor Vorteil ist auch die Verwendung eines teflonbeschichteten Heizschwertes. Die Teflonschicht verhindert ein Anbacken von Kunststoff an dem Heizschwert.

Wahlweise ist dem Heizschwert in Bewegungsrichtung der Kunststoffschaumplatten auch ein Kühlkeil vorgeordnet. Der Kühlkeil hat die Aufgabe, eine Vorwärmung der Schweißflächen zu verhindern. Die Vorwärmung entsteht durch den vom Heizschwert auch in die Richtung entgegengesetzt zur Plattenbewegungsrichtung ausgehenden Wärmefluß. Die Vorwärmung kann eine ungünstig lange Einwirkungsdauer der Wärme auf die Oberflächen der Kunststoffschaumplatten bewirken. Dann kann es zu einer unerwünschten Beschädigung der unter der Schweißfläche liegenden Zellen des Kunststoffschaumes kommen. Ferner besteht dann die Gefahr eines Aufreißens der Schweißflächen bei der Berührung mit dem Heizschwert.

Der Kühlkeil hat eine Dicke, die 1 bis 20 mm, vorzugsweise 5 bis 8 mm, größer als die Dicke des Heizschwertes ist. Der Kühlkeil kann mit einem geeigneten Kühlmedium durchströmt werden. Günstig ist eine Wasserkühlung, weil Wasser in jedem Betrieb günstig verfügbar ist und Wasser bei überhöhter Temperatur durch Verdampfung in besonderer Weise der Umgebung Wärme entzieht.

Günstig ist, wenn der Kühlkeil sich in Richtung des Heizschwertes so ver­ jüngt, daß er bei dem gewählten Abstandsmaß von dem Kühlkeil den sich ergebenden keilförmigen Spalt zwischen den Kunststoffschaumplatten schließend ausfüllt. Eine ausreichende Kühlwirkung ergibt sich aber auch mit anders geformten Kühlern, z. B. einem im Querschnitt rechtför­ migen Kühler, wenn die Kühlleistung entsprechend gesteigert wird. D.h. die Erfindung ist nicht auf eine keilförmige Kühlerform beschränkt. In diesem Sinne schließt die Bezeichnung Kühlkeil auch anders als keilförmig ausgestaltete Kühler ein.

Vorteilhafterweise kann das Schweißen auch auf andere Platten als CO2 geschäumte Kunststoffschaumplatten Anwendung finden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Mit 1 und 2 sind zwei 80 mm dicke Kunststoffschaumplatten aus Polystyrol mit einem die Qualität kennzeichnenden Raumgewicht von 40 kg pro Qubik­ meter bezeichnet. Die Platten 1 und 2 sind ausschließlich mit CO2 als Treib­ mittel geschäumt worden. Aus beiden Platten 1 und 2 entsteht eine Kunst­ stoffschaumplatte mit 160 mm Dicke durch Verschweißung. Dazu werden auf einer oberen Rollenbahn 11 und auf einer unteren Rollenbahn 12 die miteinander zu verschweißenden Platten herangeführt und in einen Walzen­ spalt mit Walzen 5 und 6 gelenkt. In der Zeichnung sind die auf den Rollen­ bahnen dargestellten Platten mit 3 und 4 bezeichnet.

Die von den Rollenbahnen 11 und 12 kommenden Platten gelangen zunächst zwischen Einführungsrollen 7, 8, 9 und 10, bevor sie in den Walzenspalt gelangen. Dabei werden die Platten mit einem Heizschwert 13 in Berührung gebracht, das eine gleichbleibende Temperatur von 120 Grad Celsius besitzt. Die Temperatur wird mit Hilfe eines flüssigen Heizmediums erreicht, hier eines Öles. Dies hat den Vorteil, daß das Heizschwert extrem flach aus­ gebildet werden kann. Zugleich kann das Heizschwert sehr dünnwandig ausgebildet werden. Die Dünnwandigkeit hat zusammen mit der Ölheizung den Vorteil, daß die Wärmezufuhr im Falle einer Betriebsstörung schlagartig unterbrochen werden kann. Es gibt kaum Probleme nachlaufender Wärme­ zufuhr.

Durch die Berührung mit dem Heizschwert wird die Oberfläche der Platten angeschmolzen, so daß bei der nachfolgenden Anpressung im Walzenspalt der Walzen 5 und 6 eine Verschweißung entsteht.

Das Heizschwert 13 ist teflonbeschichtet. Es hat eine Breite von 50 mm und eine Dicke von 3 mm und besteht aus 1 mm dickem Blech. Daraus ergibt sich eine freie Durchströmöffnungsweite von 1 mm.

Der Abstand des Heizschwertes von dem Walzenspalt beträgt im Ausführungsbeispiel 100 mm, der Durchmesser der Walzen 5 und 6 150 mm.

Im Abstand von 20 mm ist vor dem Heizschwert in Bewegungsrichtung der Platten ein Kühlkeil 14 vorgeordnet. Der Kühlkeil hat am breiteren rückwärtigen Ende eine Dicke von 6 mm und verjüngt sich auf 4 mm. Rückwärtiges Ende ist das Ende in der zur Bewegungsrichtung der Platten entgegengesetzten Richtung.

Der Kühlkeil füllt im Ausführungsbeispiel den keilförmigen Spalt zwischen den Platten über seiner Länge vollständig aus und bildet zugleich eine vorteilhafte Stützfläche für die Platten.

Der Kühlkeil ist wasserdurchströmt und nimmt die entgegen der Bewegungs­ richtung der Platten von dem Heizschwert ausgehende Wärme auf, so daß eine übermäßige Wärmelast der Schweißflächen verhindert wird.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung von CO2 geschäumten Kunststoffschaumplatten großer Dicke, insbesondere aus Polystyrol und/oder Polyethylen, gekennzeichnet durch eine Doppelung der Platten (1, 2) unter Ver­ schweißung der Berührungsflächen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Heizschwertes (14).

3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Heizschwertes (14) mit einer Dicke von 1 bis 10 mm und/oder einer Breite von 20 bis 100 mm.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch die Verwen­ dung eines Heizschwertes (14) mit einer Ölheizung.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, gekenn­ zeichnet durch die Verwendung von Walzen (5, 6) zur Aufbringung des Schweißdruckes.

6. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch die Verwendung von Einführungsrollen (7, 8, 9, 10).

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, gekenn­ zeichnet durch die Verwendung eines Kühlers (14) in Plattenbewegungs­ richtung vor dem Heizschwert (13).

8. Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch die Verwendung eines keilförmigen Kühlers (14).

9. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Heizkeiles (14) mit einer Dicke, die 1 bis 20 mm größer als die Dicke des Heizschwertes ist.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch die Ver­ wendung eines Kühlers (14) mit Wasserkühlung.