DE69215628T2

DE69215628T2 - Verfahren zur Herstellung von Polyurethanschaum mit integraler Haut

Info

Publication number: DE69215628T2
Application number: DE69215628T
Authority: DE
Inventors: Naoyuki Kumagai; Akira Mabuchi; Motoshi Matsuura; Satoru Ono; Osamu Yamanaka
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 1991-09-26
Filing date: 1992-09-22
Publication date: 1997-04-24
Anticipated expiration: 2012-09-23
Also published as: JP2518481B2; JPH0671769A; EP0534358B1; US5449698A; DE69215628D1; EP0534358A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Polyurethanschaumes mit integraler Haut, der eine porenfreie feste Schicht auf seiner Oberfläche besitzt. Das Verfahren ist geeignet für die Herstellung von Polyurethanschäumen durch sogenanntes Reaktionsspritzgießen (hiernach als RIM bezeichnet). Beispiele von Polyurethanschäumen betreffen Kraftfahrzeugteile, wie beispielsweise Lenkräder, Lenkradkissen, Instrumentenpaneele, Konsolenkastendeckel, Handschuhkastendeckel, Kopfstützen, Armstützen und Airspoiler.
Bei den Polyurethanschäumen gibt es einen halbfesten Polyurethanschaum mit integraler Haut. Er wird in der nachfolgenden Weise aus einem langkettigen Polyol mit einem Molekulargewicht in der Größenordnung von einigen Tausend, einem niedrigmolekularen Polyol mit einem Molekulargewicht in der Größenordnung von einigen Zehn bis einigen Hundert, einem Katalysator, einem Pigment, einem Blasmittel (Trichlorofluoromethan oder Freon-11 oder hiernach einfach Freon) und einem Isocyanat hergestellt. Sämtliche Bestandteile mit der Ausnahme des Isocyanates werden vorab gemischt, um ein Polyolgemisch zu erzeugen. Das Polyolgemisch wird über einen Mischkopf in einem vorgegebenen Verhältnis mit dem Isocyanat vermischt, um ein Reaktionsgemisch zu erhalten. Schließlich wird das Reaktionsgemisch in einen aus einem stark wärmeleitenden Material bestehenden Formhohlraum eingespritzt, so daß es im Formhohlraum expandiert.
Beim Einspritzen in den Formhohlraum läuft zwischen dem Polyolgemisch und dem Isocyanat die Urethanbildungsreaktion ab, die exotherm genug ist, um das Freon im Reaktionsgemisch zu einer Vielzahl von Blasen zu verdampfen. Das Reaktionsgemisch expandiert somit langsam und strömt in den Formhohlraum, wobei die Luft aus dem Entflüftungsloch des Formhohlraumes ausgestoßen wird, wenn sie das Entflüftungsloch erreicht hat.
In der Mitte des Reaktionsgemisches finden die Urethanbildungsreaktion und die Verdampfung des Freons gleichzeitig statt, wodurch eine Vielzahl von Freonblasen aufrechterhalten wird. Durch die Reaktion wird in der Mitte des Formhohlraumes ein stark expandierter Kern gebildet. Andererseits läuft bei dem Reaktionsgemisch benachbart zu den Wänden des Formhohlraumes die Urethanbildungsreaktion langsamer als in der Mitte ab, da die Reaktionswärme durch die Wände des Formhohlraumes vernichtet wird. Je langsamer die Reaktion abläuft, desto geringer ist die Reaktionswärme. Dies unterdrückt die Verdampfung des Freons und erzeugt somit eine geringere Anzahl von Freonblasen. Die Freonblasen werden durch den internen Schaumbildungsdruck komprimiert oder zusammengedrückt. Hieraus resultiert die Ausbildung einer porenfreien festen integralen Haut auf der Oberfläche des Polyurethanschaumes. Das Überpacken des Reaktionsgemisches stellt eine übliche Praxis dar, um den Schaumbildungsdruck zu erhöhen und auf diese Weise die Ausbildung der integralen Haut zu erleichtern sowie das Füllen der Form und die Luftabführung zu fördern.
Das vorstehend beschriebene herkömmliche Verfahren zur Herstellung von Polyurethanschäumen mit integraler Haut mit Hilfe von Freon ist mit den nachfolgend aufgeführten fünf Problemen verbunden.
(1) Wenn Freon als das Blasmittel einmal in die Atmosphäre abgegeben worden ist, zerstört es die Ozonosphäre und beeinträchtigt somit die Umwelt. Aus diesem Grund ist die Verwendung von Freon beschränkt oder verboten. Diese Situation erfordert die Entwicklung eines neuen Verfahrens zur Herstellung von Polyurethanschäumen ohne Freon.
(2) Durch das Ausbilden der Haut durch zusammenfallende Freonblasen im Oberflächenbereich durch den internen Schaumbildungsdruck können kleine Freonblasen unvermeidbar in der Haut zurückbleiben. Hierdurch wird die Erscheinungsform verschlechtert.
(3) Das Überpacken zum Erhöhen des internen Schaumbildungsdrucks bewirkt, daß eine große Menge des Reaktionsgemisches über die Entlüftung entfernt wird. Dies führt zu einem großen Verlust an Materialien.
(4) Eine wirksame Art und Weise zur Reduzierung der Zykluszeit und zur Erhöhung des Produktionswirkungsgrades besteht darin, die Reaktionsrate des Reaktionsgemisches zu erhöhen und dadurch die Aushärtungszeit zu erniedrigen. Dieses Ziel wird erreicht, indem die Menge des Katalysators oder die Temperatur des Reaktionsgemisches zum Zeitpunkt des Einspritzens erhöht wird. Letzteres ist dem ersteren vorzuziehen, da dieses zu einem Anstieg der Produktionskosten führt. Das zuletzt genannte Verfahren ist jedoch insofern unpraktisch, als daß die erhöhte Temperatur bewirkt, daß Freon vor dem Einspritzen verdampft. Darüber hinaus hat die Schaumbildung durch Freon den Nachteil, daß die Reaktionswärme des Reaktionsgemisches als Verdampfungswärme für das Freon benutzt wird. Hierdurch wird der Temperaturanstieg des Reaktionsgemisches verzögert und die Aushärtungszeit übermäßig verlängert.
(5) Die herkömmliche Schaumbildung durch Freon hat einen anderen Nachteil in dem Fall, in dem ein Kern im Formhohlraum angeordnet wird. Dieser Kern führt zu Turbulenzen des Reaktionsgemisches, wodurch Fehler, wie feine Löcher, Hohlräume und Durchschüsse, aufgrund der mitgeführten Luft entstehen. Dieses Problem ist besonders nachteilig bei der Herstellung von Lenkrädern, bei denen ein langer Ringkern im Formhohlraum angeordnet wird. Es ist somit erforderlich, einen angemessenen Platz zur Minimierung der Turbulenzen zu wählen und diverse Entlüftungen auszubilden, um die mitgeführte Luft abzuführen
In der Zwischenzeit sind Verfahren zum Herstellen von Polyurethanschäumen unter Verwendung von reduziertem Druck entwickelt worden, die in den nachfolgenden japanischen Patenten beschrieben sind. Diese befassen sich jedoch nicht mit der Zielsetzung, der Ausbildung und den Auswirkungen der vorliegenden Erfindung.
(1) Die japanischen Offenlegungsschriften 63237/1980 und 63238/1980 beschreiben ein Verfahren, gemäß dem ein Reaktionsgemisch gleichmäßig expandieren gelassen wird, um den Formhohlraum vollständig aufzufüllen, indem der Formhohlraum durch dünne Nuten, die in den Wänden des Formhohlraumes ausgebildet sind, evakuiert wird. Diese Erfindung dient allein dazu, einen gleichmäßigen starren Polyurethanschaum zu schaffen, der frei von Fehlern, wie Hohlräumen und Blasen, ist. Über das Blasmittel wird nichts erwähnt.
(2) Die japanische Offenlegungsschrift 111648/1981 beschreibt ein Verfahren zum Aufschäumen eines Reaktionsgemisches in einer Atmosphäre reduzierten Druckes. Es wird beansprucht, daß dieses Verfahren den Effekt einer Reduzierung der Menge des erforderlichen Blasmittels (wie beispielsweise Freon) erzeugt. Bei diesem Verfahren findet jedoch Freon als herkömmliches Blasmittel Verwendung, so daß auch hier das Problem einer Zerstörung der Ozonosphäre auftritt. Das Verfahren unterscheidet sich daher grundsätzlich von der vorliegenden Erfindung, die überhaupt kein Freon benötigt.
(3) Die japanische Offenlegungsschrift 164709/1987 betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Polyurethanschaumes niedriger Dichte durch Expandieren eines Reaktionsgemisches (das Wasser als Blasmittel enthält) in einer Atmosphäre reduzierten Druckes. Im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung dient dieses Verfahren nicht dazu, einen Polyurethanschaum mit integraler Haut zu erzeugen (die Ausbildung einer Haut ist nicht wünschenswert). Aus der Tatsache, daß Wasser als Blasmittel verwendet wird, wird deutlich, daß dieses Verfahren in keiner Weise die vorliegende Erfindung lehrt oder vorschlägt, bei der kein Blasmittel verwendet wird.
(4) Die japanische Offenlegungsschrift 268624/1988 betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Polyurethanschaumes, indem man ein Reaktionsgemisch Stickstoffgas in einer Menge von 2-30 Vol.% in der Form von feinen, darin dispergierten Blasen einfangen läßt und das Reaktionsgemisch in einer Atmosphäre reduzierten Druckes expandiert. Dieses Verfahren dient nicht dazu, den Polyurethanschaum mit integraler Haut wie bei der vorliegenden Erfindung zu erzeugen. Aus der Tatsache, daß dispergierte feine Blasen von Stickstoff als Blasmittel verwendet werden, folgt, daß dieses Verfahren in keiner Weise die vorliegende Erfindung lehrt oder vorschlägt, bei der kein Blasmittel Verwendung findet.
(5) Die japanische Patentschrift 5528/1989 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines starren Polyurethanschaumes durch Einspritzen eines Reaktionsgemisches in einen Formhohlraum, der auf etwa 50-500 mmHg evakuiert ist, unter einem Packungsverhältnis von etwa 150-450 % und durch nachfolgendes Expandieren des Reaktionsgemisches, während die Formtemperatur auf etwa 10-45ºC gehalten wird. Aus der Tatsache, daß das Reaktionsgemisch ein Blasmittel (wie Freon) enthält, folgt, daß dieses Verfahren in keiner Weise die vorliegende Erfindung lehrt oder vorschlägt, bei der kein Blasmittel verwendet wird.
Die EP-A-0 006 381 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Polyurethanschaumes, bei dem einer Reaktionsform Polyurethan-Polymerisationsvorläufer zugeführt werden und die Form dann verstopft sowie evakuiert wird, um das Reaktionsgemisch im evakuierten Formhohlraum ohne irgendein problematisches Blasmittel, wie Freon, zu expandieren.
Die vorliegende Erfindung wurde konzipiert, um die vorstehend aufgezeigten Probleme zu lösen. Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein neues Verfahren zur Herstellung eines Polyurethanschaumes mit integraler Haut zu schaffen, das in wirksamer Weise mit einem Minimum an Verlusten des Reaktionsgemisches abläuft, ohne daß problematisches Freon oder irgendein anderes Blasmittel verwendet wird, bei dem der Polyurethanschaum mit integraler Haut eine bessere Erscheinungsform und einen besseren Griff sowie bessere physikalische Eigenschaften besitzt als die mit Hilfe von Freon erzeugten Polyurethanschäume.
Dieses Ziel wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung eines Polyurethanschaumes mit integraler Haut gemäß Patentanspruch 1 erreicht.
Die Vorrichtung zur Herstellung eines Polyurethanschaumes mit integraler Haut umfaßt eine Form, die einen Formhohl raum und eine Entlüftung besitzt, eine Vakuumkammer, die mit dem Formhohlraum durch die Entlüftung in Verbindung steht, eine Vakuumpumpe, um den Formhohlraum durch die Vakuumkammer zu evakuieren, und ein an der Vakuumkammer befestigtes Sichtglas, um die Nachbarschaft der Entlüftung von der Außenseite der Vakuumkammer sichtbar zu machen.
Andere und weitere Ziele der Erfindung werden aus den nachfolgend beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen derselben deutlich oder sind in den nachfolgenden Patentansprüchen angegeben. Diverse Vorteile, die hier nicht angegeben sind, erfährt der Fachmann, wenn er die Erfindung in der Praxis einsetzt.
Von den Zeichnungen zeigen:
Figur 1 eine Halbschnittansicht, die die Vakuumkammer und die Form (in der offenen Position) zeigt, die beim ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung Verwendung finden;
Figur 2 eine Halbschnittansicht, die den ablaufenden RIM-Vorgang bei geschlossener Form in der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung zeigt;
Figur 3 eine Schnittansicht entlang Linie III- III in Figur 2;
Figur 4 eine teilweise vergrößerte Schnittansicht, die ein Lenkradkissen zeigt, das von der in Figur 1 gezeigten Vorrichtung hergestellt wurde;
Figur 5 eine schematische Darstellung, die die Mischeinheit für das Reaktionsgemisch zeigt;
Figur 6 eine Schnittansicht, die die Vakuumkammer und Form (in der offenen Position) zeigt, die beim zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung Verwendung finden;
Figur 7 eine Draufsicht, die das untere Gehäuse der Vakuumkammer und die bewegbare Hälfte der Form (in der offenen Position) der in Figur 6 gezeigten Vorrichtung zeigt;
Figur 8 eine Schnittansicht, die den ablaufenden RIM-Vorgang bei geschlossener Form in der in Figur 6 dargestellten Vorrichtung zeigt;
Figur 9 eine Seitenansicht, die den ablaufenden RIM-Vorgang bei geschlossener Form in der in Figur 6 dargestellten Vorrichtung zeigt;
Figur 10 eine Schnittansicht des Sichtglases der in Figur 6 gezeigten Vorrichtung;
Figur 11 eine Schnittansicht der in Figur 6 gezeigten Vorrichtung, wobei die Form zum Entformen des Lenkrades geöffnet ist;
Figur 12 eine teilweise vergrößerte Schnittansicht des in Figur 11 gezeigten Lenkrades;
Figur 13 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Zugfestigkeit der Abdeckung des Lenkrades und dem Wassergehalt im Polyolgemisch zeigt;
Figur 14 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Reißfestigkeit der Abdeckung des Lenkrades und dem Wassergehalt des Polyolgemisches zeigt;
Figur 15 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Dicke der Haut des Lenkrades und dem Druck im Hohlraum zeigt;
Figur 16 eine Schnittansicht, die ein weiteres Ausführungsbeispiel der Form zeigt;
Figur 17 ein Schnitt-Mikrofoto, das die Abdeckung des Lenkrades zeigt, hergestellt mit einem Druck im Hohlraum, der auf 0,665 kPa (5 Torr) eingestellt wurde;
Figur 18 ein Schnitt-Mikrofoto, das die Abdeckung des Lenkrades zeigt, die mit einem Druck im Hohlraum, der auf 1,596 kPa (12 Torr) eingestellt wurde, hergestellt wurde;
Figur 19 ein Schnitt-Mikrofoto, das die Abdeckung des Lenkrades zeigt, die mit einem Druck im Hohlraum, der auf 1,995 kPa (15 Torr) eingestellt wurde, hergestellt wurde;
Figur 20 ein Schnitt-Mikrofoto, das die Abdeckung des Lenkrades zeigt, die mit einem Druck im Hohlraum, der auf 2,66 kPa (20 Torr) eingestellt wurde, hergestellt wurde;
Figur 21 ein Schnitt-Mikrofoto, das die Abdeckung des Lenkrades zeigt, die mit einem Druck im Hohlraum, der auf 3,99 kPa (30 Torr) eingestellt wurde, hergestellt wurde;
Figur 22 ein Schnitt-Mikrofoto, das die Abdeckung des Lenkrades zeigt, die mit einem Druck im Hohlraum, der auf 6,65 kPa (50 Torr) eingestellt wurde, hergestellt wurde;
Figur 23 ein Schnitt-Mikrofoto, das die Abdeckung des Lenkrades zeigt, die mit einem Druck im Hohlraum, der auf 13,3 kPa (100 Torr) eingestellt wurde, hergestellt wurde; und
Figur 24 ein Schnitt-Mikrofoto, das die Abdeckung des Lenkrades zeigt, die durch herkömmliches Aufschäumen mit Hilfe von Freon hergestellt wurde.
Erfindungsgemäß umfaßt das Verfahren zur Herstellung eines Polyurethanschaumes mit integraler Haut das Expandieren eines Reaktionsgemisches, das im wesentlichen kein Blasmittel enthält, in einem evakuierten Formhohlraum.
Der Begriff "im wesentlichen kein Blasmittel enthält" bedeutet, daß in das Reaktionsgemisch gezielt kein Blasmittel (einschließlich Freon, Methylenchlorid, Wasser und feine Blasen) zum Zwecke des Blasens oder des Steuerns des Blasens eingeführt wird. Mit anderen Worten, das Reaktionsgemisch kann geringfügige Mengen von verschiedenen Gasen enthalten, die ursprünglich hierin vorhanden sind, geringfügige Mengen von Luft, die unvermeidbar während des Zyklus eingearbeitet werden, und geringfügige Mengen von Feuchtigkeit, die unvermeidbar absorbiert werden. Dieser Begriff bedeutet ferner, daß das Reaktionsgemisch eine Vielzahl von Blasmitteln in solch kleinen Mengen enthalten kann, daß sie die Steuerung des Blasens kaum beeinflussen.
Der Wassergehalt (aufgrund der unvermeidbaren Feuchtigkeitsabsorption) im Polyolgemisch sollte vorzugsweise auf 0,4 Gew.% begrenzt werden. Mit einem Wassergehalt über 0,4 Gew.-% reagiert das Polyolgemisch zum Teil nicht aufgrund der Reaktion zwischen dem Wasser und einem Teil des Isocyanates. Dies führt zu einem Polyurethanschaum, der schlechte physikalische Eigenschaften, wie beispielsweise Zugfestigkeit und Reißfestigkeit, besitzt.
Das Ausmaß, auf das der Formhohlraum evakuiert wird, hängt von der Art und dem gewünschten Expansionsverhältnis des herzustellenden Polyurethanschaumes ab. Für die Herstellung von Lenkrädern ist es wünschenswert, den Formhohlraum auf 6,65 kPa (50 Torr) oder weniger zu evakuieren, um eine Haut zu bilden, die sowohl einen weichen Griff als auch einen festen Griff hat.
Es ist wünschenswert, die Reaktionsrate des Reaktionsgemisches derart zu steuern, daß das Reaktionsgemisch, das das Entlüftungsloch erreicht, aushärtet, um das Entlüftungsloch abzudichten. Eine niedrigere Reaktionsrate führt dazu, daß eine große Menge des Reaktionsgemisches aus dem Entlüftungsloch abgeblasen wird. Eine höhere Reaktionsrate verursacht Formdefekte, wie beispielsweise Kurzschlüsse, feine Löcher und Hohlräume.
Wenn das Reaktionsgemisch einmal in den Formhohlraum eingespritzt ist, expandiert es rasch und fließt unter reduziertem Druck unabhängig vom Fortschreiten der Polyurethanschaumbildungsreaktion. Hierdurch erreicht das Reaktionsgemisch die Entlüftung in einer viel kürzeren Zeit als beim herkömmlichen Verfahren. Damit das Reaktionsgemisch aushärtet, wenn es das Entlüftungsloch erreicht hat, ist es erforderlich, daß die Reaktionsrate des Reaktionsgemisches viel größer ist als beim herkömmlichen Verfahren. Eine Möglichkeit zum Erhöhen der Reaktionsrate besteht darin, die Menge des Katalysators zu erhöhen oder die Temperatur des Reaktionsgemisches zu erhöhen (die zuletzt genannte Möglichkeit ist durchführbar, da kein Freon bei der vorliegenden Erfindung Verwendung findet).
Das erfindungsgemäße Verfahren ist zur Herstellung eines Polyurethanschaumes um einen Metallkern, der vorher im Formhohlraum angeordnet worden ist, geeignet. Es ist besonders geeignet für die Herstellung von Lenkrädern mit einem Polyurethanschaum mit integraler Haut, der einen Metallkern (mindestens den Ringteil desselben) abdeckt, der im Formhohlraum angeordnet ist.
Die Vorrichtung zur Herstellung des Polyurethanschaumes mit integraler Haut umfaßt eine Form mit einem Hohlraum und einem Entlüftungsloch, eine Vakuumkammer, die mit dem Hohlraum durch das Entlüftungsloch in Verbindung steht, eine Vakuumpumpe zum Evakuieren des Hohlraumes durch die Vakuumkammer und ein Sichtglas, das an der Vakuumkammer befestigt ist, um die Nachbarschaft des Entlüftungslochs von der Außenseite der Vakuumkammer sichtbar zu machen. Bei der Vakuumkammer kann es sich um den Raum einer evakuierten Box handeln, die den Formhohlraum umgibt, oder um einen Raum, der im geschlossenen Zustand der Form durch die Nut im Umfang des Formhohlraumes gebildet wird.
Zur Herstellung eines Polyurethanschaumes mit integraler Haut gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird das Reaktionsgemisch in den evakuierten Formhohlraum eingespritzt. Obwohl das Reaktionsgemisch im wesentlichen kein Blasmittel enthält, enthält es geringe Mengen von Gasen, die ursprünglich hierin vorhanden sind und unvermeidbar während des Verfahrenszyklus absorbiert werden. Unter reduziertem Druck verdampfen diese Gase rasch und verursachen, daß das Reaktionsgemisch in einer sehr kurzen Zeit schnell expandiert. Als Folge davon fließt das Reaktionsgemisch in den Hohlraum und füllt diesen auf. Gleichzeitig mit der Expansion findet die exotherme Urethanbildungsreaktion statt, die zu einem Aushärten führt.
Zu diesem Zeitpunkt wird das Reaktionsgemisch in der Mitte des Formhohlraumes durch die Aushärtung rasch viskos und hält somit die Gasblasen, wenn diese auftreten, fest. Dies ist der Mechanismus zur Ausbildung des stark expandierten Kernes.
Das mit der Innenfläche des Formhohlraumes in Kontakt stehende Reaktionsgemisch ermöglicht, daß Wärme über die Wände des Formhohlraumes vernichtet wird. Diese Wärmevernichtung macht die Urethanbildungsreaktion relativ zu der in der Mitte langsam und verhindert daher, daß das Reaktionsgemisch viskos wird. Die Gasblasen in der Nähe der Innenfläche des Formhohlraumes brechen unter reduziertem Druck leicht auf, und das freigegebene Gas wird entfernt. Es wird somit eine porenfreie feste Haut gebildet, die nur sehr wenige kleine Blasen enthält.
Der evakuierte Hohlraum trägt dazu bei, Defekte, wie feine Löcher, Hohlräume und Durchschüsse, zu vermeiden. Im Gegensatz zur herkömmlichen Aufschäumung mit Freon wird hierdurch die Notwendigkeit einer Überpackung des Reaktionsgemisches zur Ausbildung der Haut vermieden und das vollständige Auffüllen sowie das Entweichen von Luft sichergestellt, wodurch Materialverluste reduziert werden. Auf diese Weise ist es möglich, einen besseren Polyurethanschaum herzustellen, der aus einem stark expandierten Kern und einer festen Haut besteht.
Das Aufschäumen aufgrund der Expansion der vom Reaktionsgemisch absorbierten Gase erfolgt nicht durch eine Gasverdampfung wie beim Aufschäumen mit Freon. Daher wird hierdurch die Reaktionswärme des Reaktionsgemisches nach dem Einspritzen nicht abgeführt. Dies ermöglicht einen Temperaturanstieg des Reaktionsgemisches und reduziert somit die Aushärtungszeit.
Bei der Durchführung des vorstehend erwähnten Verfahrens ist der Wassergehalt im Polyolgemisch auf 0,4 Gew.% begrenzt, um die durch Wasser verbrauchte Menge an Isocyanat zu reduzieren und somit die Menge des Polyolgemisches, das sonst im nicht reagierten Zustand verbleibt, zu verringern. Dies trägt zu den verbesserten physikalischen Eigenschaften (beispielsweise Zugfestigkeit und Reißfestigkeit) des entstandenen Polyurethanschaumes bei.
Erfindungsgemäß sollte der Formhohlraum vorzugsweise auf 6,65 kPa (50 Torr) oder weniger evakuiert werden, um dazu beizutragen, daß die Glasblasen im Reaktionsgemisch in Kontakt mit der Innenfläche des Formhohlraumes zerbrechen. Hierdurch wird eine dicke Haut erhalten, und es werden kleine Gasblasen eliminiert, die sonst in der Haut verbleiben.
Erfindungsgemäß ist das Reaktionsgemisch so formuliert, daß eine geeignete Reaktionsrate erzielt wird, die zu einem Aushärten zur Abdichtung der Entlüftung führt, sobald das Gemisch die Entlüftung erreicht hat. Es ist somit möglich, eine höhere Reaktionsrate zu erreichen als bei dem Freon-enthaltenden Reaktionsgemisch. Dies trägt zur Verbesserung des Wirkungsgrades bei.
Durch das Evakuieren des Formhohlraumes wird ein weiterer Vorteil in dem Fall erreicht, in dem ein Metallkern im Formhohlraum angeordnet wird. Selbst wenn das Reaktionsgemisch durch den Metallkern Turbulenzen ausgesetzt wird, ist die Wahrscheinlichkeit geringer, daß Turbulenzen unter reduziertem Druck Fehler verursachen, wie feine Löcher, Hohlräume und Kurzschlüsse. Hierdurch kann man freier einen angemessenen Platz für das Einspritzen suchen, und die Anzahl der Entlüftungen kann reduziert werden.
Die Kombination aus einem evakuierten Formhohlraum und einem darin angeordneten Kern bietet den Vorteil, daß auf dem Kern eine nahezu porenfreie feste Klebschicht gebildet wird, da der Kern als Wärmeverbraucher funktioniert, so daß er Reaktionswärme von dem hiermit in Kontakt stehenden Reaktionsgemisch absorbiert und dadurch das Viskoswerden des Reaktionsgemisches stoppt sowie verhindert, daß das weniger viskose Reaktionsgemisch Gas aus den unter reduziertem Druck stehenden Gasblasen freisetzt.
Das Vorstehende ist insbesondere dann der Fall, wenn es sich bei dem Kern um den eines Lenkrades handelt und mindestens der Ring des Kernes im Formhohlraum angeordnet ist. In diesem Fall ist nur ein Einlauf am Außenumfang des Ringes ausreichend, und die Anzahl der Entlüftungen kann auf eine beschränkt werden. Mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird somit verhindert, daß Defekte (Schweißlinien, feine Löcher, Hohlräume und Kurzschlüsse) an dem Punkt auftreten, an dem die Ströme des Reaktionsgemisches zusammentreffen.
Die Vorrichtung zur Herstellung eines Polyurethanschaumes mit integraler Haut besitzt eine Vakuumkammer, die mit dem Formhohlraum über die Entlüftung in Verbindung steht. Diese Vakuumkammer funktioniert als Speicher. In dem Fall, in dem der Formhohlraum vor dem Einspritzen des Reaktionsgemisches evakuiert werden soll, verhindert die Vakuumkammer, daß der Druck im Formhohlraum ansteigt, wenn das Reaktionsgemisch nach dem Einspritzen expandiert. Alternativ dazu ist es möglich, den Formhohlraum, in den das Reaktionsgemisch eingespritzt worden ist, rasch zu evakuieren, während der Formhohlraum nach dem Einspritzen mit der Vakuumkammer in Verbindung gebracht wird.
Die Vorrichtung besitzt ein Sichtglas, das die Nachbarschaft des Entlüftungsloches von der Außenseite der Vakuumkammer sichtbar macht. Somit ermöglicht das Sichtglas die Bestätigung des Abblasens des Reaktionsgemisches vom Entlüftungsloch und die Beobachtung der Expansion des Reaktionsgemisches bei geschlossen gehaltener Vakuumkammer.

Beispiel 1:

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei der Herstellung eines Lenkradkissens wird nachfolgend in Verbindung mit den Figuren 1 bis 5 beschrieben. Bei diesem Beispiel findet eine Vorrichtung Verwendung, die aus (a) einer geteilten Form 1, (b) einer in der Form 1 angeordneten Vakuumkammer 11, (c) einer Vakuumpumpe 20 zum Evakuieren der Vakuumkammer 11 und (d) einem Einspritzmechanismus 21, der an der Vakuumkammer 11 befestigt ist und mit dem das Reaktionsgemisch in den Hohlraum 4 der Form 1 eingespritzt werden kann, besteht. Es folgt nunmehr eine de taillierte Beschreibung eines jeden Bestandteils.
Die Form 1 besteht aus einer stationären Hälfte 2 und einer beweglichen Hälfte 3, die im geschlossenen Zustand einen Hohlraum 4 bilden. In der PL-Fläche (Trennlinienfläche) 2a der stationären Hälfte 2 und der PL-Fläche 3a der beweglichen Hälfte 3 besitzen die Formhälften Nuten, die einen Einspritzstutzen 6, einen Einspritzkanal 7 und einen Einspritztrichter 8 bilden, durch die das Reaktionsmaterial in den Hohlraum 4 eingespritzt wird. Wenn die Form geschlossen ist, existiert ein Spalt von etwa 0,03-0,06 mm (Grenze der Bearbeitungsgenauigkeit) zwischen den PL-Flächen 2a und 3a über den gesamten Umfang des Hohlraumes 4. Dieser Spalt funktioniert als Luftabführsteg zum Entlüften (später erwähnt). Ein Entlüftungsloch 5 ist an der Stelle L der stationären Hälfte 2 ausgebildet, wo das Auffüllen des Hohlraumes mit dem Reaktionsgemisch beendet wird.
Das Entlüftungsloch 5 besitzt normalerweise einen Durchmesser von 1-10 mm. Bei einem kleineren Durchmesser als 1 mm führt das Entlüftungsloch 5 keine Entlüftung in der gewünschten Weise durch, wobei die endgültige Füllposition des Reaktionsgemisches fluktuiert. Mit einem Durchmesser, der größer ist als 10 mm, läßt das Entlüftungsloch 5 eine erkennbare Entlüftungsmarkierung zurück, die das Aussehen des Spritzgußteiles verschlechtert. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Entlüftungsloch 5 gerade ausgebildet und besitzt eine Länge von 15 mm sowie einen Durchmesser von 3 mm. Die Form 1 kann aus Aluminium hergestellt werden oder aus Wirtschaftlichkeitsgründen elektrogeformt sein, da sie lediglich Schaumbildungsdrücke von normalerweise 50-500 kPa aushalten muß.
Die Vakuumkammer 11 besteht aus einem oberen Gehäuse 12, an dem die stationäre Hälfte 2 befestigt ist, und einem unteren Gehäuse 13, an dem die bewegliche Hälfte 3 befestigt ist. Die Paßfläche des unteren Gehäuses 13 ist mit einem Dichtungs-O-Ring 14 versehen, der die geschlossene Vakuumkammer 11 luftdicht macht. Das untere Gehäuse 13 ist ferner mit einer Saugöffnung 16 versehen, die über einen Ansaugschlauch 15 und ein Leckventil 17 an eine Vakuumpumpe 20 angeschlossen ist, wie in Figur 5 gezeigt. Die Vakuumkammer 11 ist bei diesem Beispiel so konstruiert, daß sie die Form 1 aufnimmt und einen Raum K in dieser bildet.
Der in Figur 5 gezeigte Einspritzmechanismus 21 besteht aus einem Speichertank 25 für das Polyolgemisch, einem Speichertank 26 für das Isocyanat, einem Mischkopf 22 und zwei Kreisen 29, die jeweils den Speichertank und den Kopf über eine Hochdruckpumpe 27 und Filter 28 verbinden. Diese Konstruktion ermöglicht das Vermischen und Umwälzen des Polyolgemisches und Isocyanates. Der Mischkopf 22 ist mit einer Einspritzdüse 23 versehen, die über O-Ringe 24 an den Einspritzstutzen 6 der Form 1 angeschlossen werden kann.
Das bei diesem Beispiel verwendete Reaktionsgemisch besteht aus dem vorstehend erwähnten Polyolgemisch und Isocyanat. Das Reaktionsgemisch enthält im wesentlichen kein Blasmittel, das gezielt zugesetzt ist. Der Wasseranteil im Polyolgemisch ist auf nicht mehr als 0,4 Gew.-% beschränkt. Die Temperatur des Reaktionsgemisches ist höher als die des herkömmlichen Freon-enthaltenden Reaktionsgemisches. Genauer gesagt, bei diesem Beispiel wird das Polyolgemisch auf etwa 40-50ºC und das Isocyanat auf etwa 25-30ºC gehalten, während bei der herkömmlichen Schaumbildung auf Freonbasis das Polyolgemisch und das Isocyanat beide auf etwa 25-30ºC gehalten werden. (1) Bei diesem Beispiel ist das von Freon freie Reaktionsgemisch viskoser als das herkömmliche, Freon-enthaltende Reaktionsgemisch. Dieser Nachteil wird durch Anheben der Temperatur beseitigt. (2) Es ist erforderlich, durch Anheben der Temperatur die Reaktionsrate des Reaktionsgemisches zu erhöhen.
Nachfolgend wird der Verfahrensablauf dieses Beispiels beschrieben.
(1) Zuerst wird die Vakuumkammer 11 luftdicht geschlossen, bevor oder nachdem die Form 1 geschlossen wird, um den Hohlraum 4 durch Anpassen der stationären Hälfte 2 an die bewegliche Hälfte 3 herzustellen. Im erstgenannten Fall sollte die Form 1 nach dem Schließen der Vakuumkammer 11 vollständig geschlossen werden. Um die Vakuumkammer 11 luftdicht zu verschließen, wird das untere Gehäuse 13 durch einen Hydraulikzylinderkolben (nicht gezeigt) angehoben, bis es mit dem oberen Gehäuse 12 in Kontakt tritt. Der luftdichte Verschluß wird durch die Dichtung 14 erzielt, die zwischen dem oberen Gehäuse 12 und dem unteren Gehäuse 13 gehalten wird. Gelegentlich ist es möglich, die Form 1 und die Vakuumkammer 11 unabhängig voneinander unter Verwendung von separaten Hydraulikzylindern zu schließen und zu öffnen. Es ist wünschenswert, ein mechanisches Gestänge vorzusehen, das es ermöglicht, daß die Form 1 und die Vakuumkammer nahezu gleichzeitig über einen einzigen Hydraulikzylinder geschlossen werden. Hierdurch werden Ausrüstungskosten gespart.
(2) Dann wird die Vakuumpumpe 20 in Betrieb genommen, um den Raum K in der Vakuumkammer 11 über die Ansaugöffnung 16 auf eine vorgegebene Atmosphäre zu evakuieren, die normalerweise 6,65 kPa (50 Torr) oder weniger entspricht. Während dieses Schrittes steht der Hohlraum 4 der Form 1 über den Einspritzstutzen 6, den Spalt zwischen den PL-Flächen 2a und 3a und das Entlüftungsloch 5 mit dem Raum k in der Vakuumkammer 11 in Verbindung. Daher wird der Hohlraum 4 auf nahezu die gleiche vorgegebene Atmosphäre wie der Raum K evakuiert.
(3) Bei fortgesetztem Evakuieren wird das Reaktionsgemisch M (für RIM) durch die Einspritzdüse 23 des Mischkopfes 22 in den Hohlraum 4 der geschlossenen Form 1 gespritzt. In der Mitte des Hohlraumes bildet das eingespritzte Reaktionsgemisch M aufgrund der Expansion des absorbierten Gases unter reduziertem Druck einen stark expandierten Kern 38 (wie in Figur 4 gezeigt). An der Innenfläche des Hohlraumes bildet das eingespritzte Reaktionsgemisch M eine porenfreie feste Haut 39 (wie in Figur 4 gezeigt) durch den vorstehend erwähnten Mechanismus.
Da die Temperatur des Reaktionsgemisches M hoch eingestellt wird, wie vorstehend erwähnt, ist die Reak tionsrate des Reaktionsgemisches M hoch genug, um eine Aushärtung zu bewirken und um das Entlüftungsloch 5 abzudichten, wenn das Gemisch das Entlüftungsloch 5 erreicht und aus diesem abgeblasen wird. Darüber hinaus findet die Schaumbildung statt, ohne daß die Reaktionswärme des eingespritzten Reaktionsgemisches M abgeführt wird, was zur Folge hat, daß die Temperatur des Reaktionsgemisches M weiter ansteigt. Dies führt zu einer reduzierten Aushärtungszeit.
Ein zusätzlicher Effekt zum Evakuieren des Hohlraumes 4 besteht darin, daß das Reaktionsgemisch M Hinterschneidungen und Abzweigungen im Hohlraum 4 vollständig ausfüllt, wenn solche vorhanden sind, und daß das Reaktionsgemisch M leicht Gase freigibt, die durch das Entlüftungsloch 5 und den Spalt zwischen den PL- Flächen 2a und 3a abgeführt werden. Hierdurch wird verhindert, daß das Reaktionsgemisch überpackt werden muß, wie dies beim herkömmlichen Aufschäumen auf Freon-Basis der Fall war. Es wird daher Reaktionsgemisch eingespart.
(4) Schließlich wird der Formvorgang durch Öffnen der Form 1 und der Vakuumkammer 11 und durch Entformen des Lenkradkissens 37 beendet. Das auf diese Weise hergestellte Lenkradkissen 37 besitzt eine bessere Erscheinungsform als das durch herkömmliches Aufschäumen auf Freon-Basis hergestellte, da die Haut 39 keine kleinen Blasen in ihrer Oberfläche besitzt. Darüber hinaus besitzt das Lenkradkissen 37 gute physikalische Eigenschaften (beispielsweise Zugfestigkeit und Reißfestigkeit), da der Wassergehalt im Reaktionsgemisch M auf weniger als 0,4 Gew.% beschränkt ist.

Beispiel 2:

Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in bezug auf die Herstellung eines Lenkradringes und Speichen wird in Verbindung mit den Figuren 6 bis 15 erläutert. Die entsprechende Formvorrichtung besitzt vier Teile, die denen der ersten Ausführungsform entsprechen. Sie besteht im Prinzip aus einer Form 1, einer Vakuumkammer 11, einer Vakuumpumpe 20 und einem Einspritzmechanismus 21. Diejenigen Teile, die denen der ersten Ausführungsform entsprechen, sind in den Figuren 6 bis 11 mit gleichen Bezugszeichen versehen. Mit Ausnahme der nachfolgenden ergänzenden Beschreibung wird die Beschreibung dieser Teile nicht wiederholt.
Der Kern 42 des Lenkrades 41 besteht aus einem runden mittleren Teil, einem Ring und Speichen, die das runde mittlere Teil und den Ring miteinander verbinden. Die Form 1 soll die Abdeckung 43 um den Ring und die Speichen des Kernes 42 herum bilden. Sie besteht aus einer oberen stationären Hälfte 2 und einer unteren beweglichen Hälfte 3. Diese besitzen Nuten 4a, die im geschlossenen Zustand einen kreisformigen Hohlraum 4 bilden. In der Mitte des Querschnitts des Hohlraums 4 befindet sich der Kern 42 (einschließlich des gesamten Ringes und eines Teiles der Speichen). Eine Einspritzöffnung 8 mündet in den Außenumfang der Nut 4a (linke Seite in Figur 6). Nach dem Einspritzen in den Hohlraum 4 über die Einspritzöffnung 8 fließt das Reaktionsgemisch M im Hohlraum 4 in zwei Richtungen, wobei sich die beiden Ströme an der Stelle L (auf der rechten Seite in Figur 1) treffen, wo das Auffüllen des Hohlraumes beendet wird. An der Stelle L ist in der stationären Hälfte 2 ein Entlüftungsloch 5 ausgebildet, über das der Hohlraum 4 mit dem Raum in der Vakuumkammer 11 in Verbindung steht.
Innerhalb der Nuten 4a der stationären Hälfte 2 und der beweglichen Hälfte 3 sind Paßteile 31 angeordnet, um die beiden Hälften sowie eine Ausnehmung 32 und ein Fußgestell 33 auszurichten, damit das runde mittlere Teil des Kernes 42 in Position gehalten werden kann. Das Fußgestell 33 ist mit einem Ausstoßstift 34 versehen, um das fertige Lenkrad 41 zu entformen. Wie in Beispiel 1 wird ein Spalt von 0,03-0,06 mm zwischen den PL-Flächen 2a und 3a gebildet, wenn die Form geschlossen wird.
Das untere Gehäuse 13 der Vakuumkammer 11 ist mit einem Sichtglas 51 versehen, das die Nachbarschaft des Entlüftungslochs 5 von der Außenseite der Vakuumkammer 11 sichtbar macht, wie in den Figuren 9 und 10 gezeigt. Das Sichtglas 51 besteht aus einer Öffnung 52, die im unteren Gehäuse 13 ausgebildet ist, einer transparenten Platte 54 aus Glas oder Kunststoff, die gegen die Innenseite des unteren Gehäuses 13 gepreßt ist, wobei ein Dichtungsring 53 dazwischen angeordnet ist, um die Öffnung 52 zur Innenseite hin abzuschließen, und einem Rahmen 56, der über Bolzen 55 derart am unteren Gehäuse 13 befestigt ist, das er den Umfang der transparenten Platte 54 unter Druck setzt. Es ist wünschenswert, eine Dichtung 57 zwischen dem Rahmen 56 und der transparenten Platte 54 und zwischen dem Rahmen 54 und dem unteren Gehäuse 13 anzuordnen.
Die stationäre Hälfte 2 und das obere Gehäuse 12 sind einstückig ausgebildet, was auch für die bewegliche Hälfte 3 und das untere Gehäuse 13 zutrifft. Das untere Gehäuse 13 ist mit dem Kolben eines Hydraulikzylinders (nicht gezeigt) verbunden, so daß es beim Schließen und Öffnen der Form angehoben und abgesenkt wird. Zum Zeitpunkt des Schließens der Form wird das untere Gehäuse 13 soweit angehoben, bis sein Umfang mit dem Urnfang des oberen Gehäuses 12 in Kontakt tritt.
Wie bei Beispiel 1 besteht das Reaktionsgemisch dieses Beispiels aus einem Polyolgemisch und einem Isocyanat. Es enthält im wesentlichen kein Blasmittel, das gezielt zugesetzt ist, und der Wassergehalt im Polyolgemisch ist auf weniger als 0,4 Gew.% beschränkt. Die Temperatur des Reaktionsgemisches ist höher eingestellt als die eines herkömmlichen, Freon-enthaltenden Reaktionsgemisches.
Nachfolgend wird der Funktionsablauf bei diesem Ausführungsbeispiel beschrieben.
(1) Als erstes wird bei offener stationärer Hälfte 2 und beweglicher Hälfte 3 der Form 1, wie in den Figuren 6 und 7 gezeigt, der Kern 42 in die bewegliche Hälfte 3 eingesetzt, wie in Figur 7 gezeigt.
(2) Die stationäre Hälfte 2 und die bewegliche Hälfte 3 der Form 1 werden vollständig geschlossen, um den Hohlraum 4 auszubilden. Gleichzeitig wird das untere 25 Gehäuse 13 angehoben, bis sein Umfang mit dem Umfang des oberen Gehäuses 12 in Kontakt tritt, um die Vakuumkammer 11 luftdicht zu verschließen.
(3) Dann wird die Vakuumpumpe 20 in Betrieb genommen, um 30 den Raum K in der Vakuumkammer 11 durch die Ansaugöffnung 16 auf eine vorgegebene Atmosphäre zu evakuieren, die normalerweise einem Druck von 6,65 kPa (50 Torr) oder darunter entspricht. Während dieses Schrittes wird auch der Hohlraum 4 der Form 1 durch das Entlüftungsloch 5 und den Spalt zwischen den PL- Flächen 2a und 3a auf nahezu die gleiche vorgegebene Atmosphäre wie im Raum K evakuiert.
(4) Mit fortschreitender Evakuierung wird das Reaktionsgemisch M (für RIM) durch die Einspritzdüse 23 des Mischkopfes 22, wie in Figur 8 gezeigt, in den Hohlraum 4 der geschlossenen Form 1 eingespritzt. Das Einspritzvolumen beträgt normalerweise 1/4 bis 3/4 des Volumens des Hohlraumes 4. Die Einspritzzeit beträgt 2-4 sec.
In der Mitte des Hohlraumes und des Kernes 42 bildet das eingespritzte Reaktionsgemisch M einen stark expandierten Kern 45 (wie in Figur 12 gezeigt) durch die Expansion des absorbierten Gases unter reduziertem Druck. Auf der Innenfläche des Hohlraumes bildet das eingespritzte Reaktionsgemisch M eine porenfreie feste Haut 44 (wie in Figur 12 gezeigt) durch den vorstehend beschriebenen Mechanismus. Auch auf der Oberfläche des Kernes 42 bildet das eingespritzte Reaktionsgemisch M eine porenfreie feste Klebschicht 47 (wie in Figur 12 gezeigt) durch den vorstehend beschriebenen Mechanismus. Üblicherweise ist die Klebschicht 47 geringfügig dünner als die Haut 44.
Das eingespritzte Reaktionsgemisch M benötigt üblicherweise 1-2 sec zum Füllen des Hohlraumes. Wenn das Reaktionsgemisch im Hohlraum fließt, dichtet es den Spalt zwischen den PL-Flächen 2a und 3a ab. Die Reaktionsrate des Reaktionsgemisches M wird so gesteuert, daß das vordere Ende des fließenden Reaktionsgemisches M, wenn es das Entlüftungsloch 5 erreicht und geringfügig von diesem abgeblasen wird, aushärtet und das Entlüftungsloch 5 abdichtet. Der Aufschäumvorgang findet statt, ohne daß die Reaktionswärme des eingespritzten Reaktionsgemisches M abgeführt wird, was zur Folge hat, daß die Temperatur des Reaktionsgemisches M weiter ansteigt. Dies führt zu einer reduzierten Aushärtungszeit.
Gemäß diesem Beispiel kann man durch das Sichtglas 51 von der Außenseite der Vakuumkammer 11 beobachten, was in der Nachbarschaft des Entlüftungslochs 5 passiert. Mit anderen Worten, man kann das vorn Entlüftungsloch 5 abgeblasene oder auf schäumende Reaktionsgemisch M erkennen, während die Vakuumkammer 11 geschlossen ist.
(5) Wenn das Reaktionsgemisch im Hohlraum ausgehärtet hat, wird die Form 1 geöffnet (oder die bewegliche Hälfte 3 von der stationären Hälfte 2 getrennt). Gleichzeitig wird die Vakuumkammer 11 geöffnet. Die Aushärtungszeit beträgt üblicherweise 50-80 sec (das Freon-enthaltende Reaktionsgemisch benötigt zum Aushärten 80-100 sec). In bezug auf den Formöffnungsvorgang findet eine Verriegelung mit dem Ausstoßstift 34 statt, der automatisch das fertige Lenkrad 41 entformt. Schließlich wird der Formvorgang beendet, indem der abgegebene Teil 46 des Reaktionsgemisches M entfernt wird.
Durch das Formen der Abdeckung 43 des Lenkrades 41 entstehen die folgenden zwei Probleme zusätzlich zu den mit Freon verbundenen, vorstehend erwähnten Problemen, die für ein derartiges Lenkrad charakteristisch sind. Diese Probleme werden jedoch mit der vorliegenden Erfindung beseitigt. Hieraus folgt, daß das Verfahren gemäß diesem Ausführungsbeispiel zum Formen der Abdeckung eines Lenkrades geeignet ist.
(a) Das Reaktionsgemisch M ist aufgrund des langen Ringes des Kernes 42 Turbulenzen ausgesetzt. Diese Turbulenzen erzeugen Defekte, wie feine Löcher, Hohlräume und Durchschüsse. In diesem Beispiel ist das Reaktionsgemisch M jedoch in einem geringeren Umfang Turbulenzen ausgesetzt, da der Hohlraum 4 evakuiert wird. Hierdurch kann die Position der Einspritzöffnung 8 freier gewählt werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel befindet sich die Einspritzöffnung 8 auf dem Außenumfang des Ringes, und es ist nur ein einziges Öffnungsloch 5 vorhanden.
(b) Das eingespritzte Reaktionsgemisch M fließt in zwei Richtungen, wobei sich die beiden Ströme an der endgültigen Füllposition L treffen, wie vorstehend erwähnt. Hierdurch wird eine Schweißlinie am Treffpunkt erzeugt, und es werden Gase mitgeführt, die zu Fehlern, wie feinen Löchern, Hohlräumen und Durchschüssen, führen. Bei diesem Beispiel wird dieses Problem jedoch gelöst, da der Hohlraum evakuiert und das Reaktionsgemisch am Treffpunkt vom Entlüftungsloch 5 abgeblasen wird.
Ein weiterer Vorteil dieses Beispiels besteht darin, daß die Abdeckung 43 fest am Ring des Kernes 42 haftet, was auf die feste Klebschicht 47 zurückzuführen ist.
Beim zweiten Beispiel ist der Wassergehalt im Polyolgemisch auf weniger als 0,4 Gew.% beschränkt, wie vorstehend erwähnt. Um festzustellen, wie der Wassergehalt die physikalischen Eigenschaften des entstandenen Polyurethanschaumes beeinflußt, wurde das nachfolgende Experiment durchgeführt. Drei kein Freon enthaltende Reaktionsgemische wurden gemäß der in Tabelle 1 aufgeführten Formulierung hergestellt, wobei der Wassergehalt im Polyolgemisch auf 0,13 Gew.%, 0,35 Gew.% und 0,54 Gew.% begrenzt wurde. Aus jedem Reaktionsgemisch wurde unter den in Tabelle 2 aufgeführten Formbedingungen eine Lenkradabdeckung hergestellt. Die Abdeckung wurde in bezug auf ihre physikalischen Eigenschaften getestet. Zu Vergleichszwecken wurde ein Freon enthaltendes Reaktionsgemisch gemäß der in Tabelle 1 enthaltenen Formulierung hergestellt, wobei der Wassergehalt im Polyolgemisch auf 0,22 Gew.% beschränkt wurde. Aus diesem Reaktionsgemisch wurde eine Lenkradabdeckung unter den in Tabelle 2 aufgeführten herkömmlichen Formbedingungen her gestellt. Die Abdeckung wurde in bezug auf ihre physikalischen Eigenschaften getestet. Tabelle 1 Formulierung des Reaktionsgemisches Tabelle 2 Formbedingungen
Die in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellte Lenkradabdeckung wurde in bezug auf die Zugfestigkeit und Reißfestigkeit bei Raumtemperatur getestet, wobei ein aus dem stark expandierten Kernteil herausgeschnittenes Teststück verwendet wurde. Die Ergebnisse des Testes sind in Figur 13 (Zugfestigkeit) und Figur 14 (Reißfestigkeit) dargestellt. Man erkennt, daß der Polyurethanschaum dieses Beispiels eine bessere Zugfestigkeit und Reißfestigkeit besitzt als der herkömmliche Polyurethanschaum auf Freonbasis, und zwar selbst in dem Fall, in dem der Wassergehalt im Polyolgemisch 0,54 Gew.% beträgt. Man erkennt ferner, daß ein verstärkter Effekt erhalten wird, wenn der Wassergehalt im Polyolgemisch geringer ist als 0,4 Gew.%.
Um festzustellen, wie der Druck im Hohlraum die Dicke der Haut in Beispiel 2 beeinflußt, wurde ein kein Freon enthaltendes Reaktionsgemisch gemäß der in Tabelle 1 aufgeführten Formulierung hergestellt, wobei der Wassergehalt im Polyolgemisch auf 0,35 Gew.% begrenzt wurde. Aus diesem Reaktionsgemisch wurde unter den in Tabelle 2 aufgeführten Formbedingungen eine Lenkradabdeckung hergestellt, wobei der Druck im Hohlraum auf 0,665, 1,596, 1,995, 2,660, 3,990, 6,650 und 13,3 kPa (5,12, 15,20, 30,50 und 100 Torr) eingestellt wurde. Die Abdeckung wurde in bezug auf die Dicke der Haut getestet. Die Ergebnisse sind in Figur 15 dargestellt. Man kann erkennen, daß die Dicke der Haut steil ansteigt, wenn der Druck im Hohlraum 6,65 kPa (50 Torr) oder weniger beträgt.
Die die mit diesem Experiment hergestellte Lenkradabdeckung zeigenden Schnitt-Mikrofotos sind in den Figuren 17 bis 23 wiedergegeben. Die Lenkradabdeckung der Figuren 17 bis 23 wurde mit einem Druck im Hohlraum hergestellt, der auf 0,665, 1,596, 1,995, 2,660, 3,990, 6,650 und 13,3 kPa (5, 12, 15, 20, 30, 50 und 100 Torr) eingestellt wor den war. Zu Vergleichszwecken ist in Figur 24 ein Schnitt- Mikrofoto dargestellt, das eine Lenkradabdeckung zeigt, die durch herkömmliches Aufschäumen auf Freon-Basis unter den in den Tabellen 1 und 2 wiedergegebenen herkömmlichen Formbedingungen hergestellt wurde.
Es versteht sich, daß diverse Änderungen und Modifikationen in bezug auf die Erfindung durchgeführt werden können, ohne den in den Patentansprüchen wiedergegebenen Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Beispiele von derartigen Änderungen und Modifikationen sind nachfolgend wiedergegeben.
(1) Obwohl die Vorrichtung gemäß Beispiel 1 aus der Form 1 und der Vakuumkammer 11 besteht, die voneinander getrennt sind, kann sie auch eine doppelwandige Struktur besitzen, wobei die Außenwand als Vakuumkammer 11 funktioniert, so daß der Raum in der Form einstückig mit der Form ausgebildet ist.
(2) Es kann möglich sein, eine Nut 9 im gesamten Umfang des Hohlraumes 4 der Form 1 oder in einem Teil davon auszubilden, wie in Figur 16 gezeigt, so daß der Hohlraum 4 über diese Nut 9 evakuiert wird. In diesem Fall funktioniert die Nut 9 als Raum K. Diese Nut 9 kann entweder in der stationären Hälfte 2 oder in der beweglichen Hälfte 3 oder in beiden Hälften ausgebildet sein. Es ist wünschenswert, daß die Nut 9 gegenüber der Atmosphäre über eine Dichtung 10 isoliert wird.
(3) Obwohl die bei den vorstehend beschriebenen Beispielen verwendete Form ein Entlüftungsloch 5 besitzt, ist es möglich, die Form durch einen anderen Typ zu ersetzen, der anstelle des Entlüftungslochs einen porösen Kern besitzt. Dieser poröse Kern liegt dem Hohlraum gegenüber und ist an einer Stelle angeordnet, die das eingespritzte Reaktionsgemisch zuletzt erreicht. Der poröse Kern ermöglicht, daß das eingespritzte Reaktionsgemisch entgast wird, bevor der Formvorgang beendet ist.
(4) Die Form muß nicht aus Metall bestehen. Vielmehr kann auch eine Keramikform oder eine Kunstharzform Verwendung finden, die den Schaumbildungsdruck aushält.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines Polyurethanschaumes mit integraler Haut in einem Formhohlraum mit den folgenden Schritten:

(1) Evakuieren des Formhohlraumes, um dessen Druck auf einen vorgegebenen atmosphärischen Druck zu reduzieren;

(2) Einspritzen eines Urethanbildungsreaktionsgemisches, das ein Polyolgemisch enthält, wobei geringe Gasmengen ursprünglich im Reaktionsgemisch vorhanden sind und unvermeidbar durch das Gemisch während seines Zyklus absorbiert werden und im wesentlichen kein Blasmittel im evakuierten Formhohlraum vorhanden ist; und

(3) Reagierenlassen des Urethanbildungsreaktionsgemisches und Expandierenlassen desselben im evakuierten Formhohlraum durch eine Expansion der vom Reaktionsgemisch absorbierten Gase zur Ausbildung des Polyurethanschaumes mit integraler Haut.

2. Verfahren zur Herstellung eines Polyurethanschaumes mit integraler Haut nach Anspruch 1, bei dem der Formhohlraum auf 6,65 kPa (50 Torr) oder weniger evakuiert wird.

3. Verfahren zur Herstellung eines Polyurethanschaumes mit integraler Haut nach Anspruch 1, bei dem die Reaktionsrate des Reaktionsgemisches so gesteuert wird, daß dann, wenn das eingespritzte Reaktionsgemisch ein Entlüftungsloch der Form erreicht, der Teil des Reaktionsgemisches, der mit dem Entlüftungsloch in Kontakt steht, zur Abdichtung des Entlüftungslochs aushärtet.

4. Verfahren zur Herstellung eines Polyurethanschaumes mit integraler Haut nach Anspruch 1, bei dem ein Kernmetall vorher im Formhohlraum angeordnet wird.

5. Verfahren zur Herstellung eines Polyurethanschaumes mit integraler Haut nach Anspruch 4, bei dem das Kernmetall das eines Lenkrades ist, das aus einem runden Teil, einem Ring und Speichen besteht, die das runde Teil und den Ring verbinden, und bei dem mindestens der Ring des Kernmetalls im Formhohlraum angeordnet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Polyolgemisch weniger als 0,4 Gew.% Wasser enthält.