DE69902283T2

DE69902283T2 - Perforierte schäume

Info

Publication number: DE69902283T2
Application number: DE69902283T
Authority: DE
Inventors: P. Park
Original assignee: Dow Global Technologies LLC
Current assignee: Dow Global Technologies LLC
Priority date: 1998-09-17
Filing date: 1999-05-27
Publication date: 2003-03-13
Anticipated expiration: 2019-05-28
Also published as: AU768157B2; JP2002524635A; EP1115777B1; TW460518B; DE69902283D1; CA2340217C; HUP0103869A3; HUP0103869A2; ATE221097T1; IL141518A0; NO20011347D0; AU4212499A; DK1115777T3; ZA200101289B; KR20010075181A; CN1318078A; EP1115777A1; WO2000015697A1; CA2340217A1; CN1232572C

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Schäume im allgemeinen und genauer auf thermoplastische Polymerschäume, die für die Klangregelung verwendbar sind.
In der Bauindustrie ist es allgemein bekannt, Paneele als Trennwände zu verwenden, um die Gebäudebereiche in getrennte Bereiche, wie z. B. Räume und Büros zu unterteilen. Üblicherweise bestehen diese aus einem Kern aus einer isolierenden Mineralfaser und zwei äußeren Verkleidungsschichten, die den Kern einfassen, und einem luftgefüllten Spalt oder Hohlraum. Die isolierenden Materialien, wie z. B. Mineralfasern, sind zwischen den Verblendungsschichten in einer Art und Weise angeordnet, dass eine thermische und/oder akustische Isolierung bereit gestellt wird. Ein größerer Nachteil solcher Trennwände oder Paneele, die Mineralfaserkerne haben, ist jedoch das Fehlen von mechanischer Stärke solcher Fasern, was daher eine teure Stützstruktur oder Verdichtung erfordert. Außerdem sind Mineral faserprodukte unangenehm zu behandeln, da sie eine Hautirritation bewirken und eventuell eine Gesundheitsgefährdung darstellen.
Schäume wurden auch schon als Klang isolierende Materialien verwendet. Z. B. offenbart WO 95/14136 isolierende Paneele oder Elemente mit mehreren Schichten, umfassend, in einer bevorzugten Ausführungsform, (a) zwei äußere Verkleidungsschichten und (b) ein weiches synthetisches Kernmaterial, welches eine einzelne, kontinuierliche, weiche, synthetische Kernschicht aus Schaum mit geschlossenen Zellen mit hohlen Profilen ist. Das Kernmaterial ist in engem Kontakt mit beiden äußeren Schichten durch Kontaktpunkte in alternierendem Muster angeordnet, wodurch sich Öffnungen zwischen der Kernschicht und den sich gegenüber stehenden äußeren Schichten ergeben. Der Schaum mit den geschlossenen Zellen, der als die Kernschicht in WO 95/14136 verwendet wird, liefert jedoch eine weniger als befriedigende Schallisolierung für geforderte Anwendungen.
Das US-Patent 4,154,789 offenbart ein widerstandsfähiges Brett aus thermoplastischem Harzschaum mit Außenoberflächenschichten auf beiden Oberflächen und einer ausgebildeten langen Zeile, ausgerichtet in die Richtung der Dicke des Brettes. Das Brett hat außerdem eine Zwischenschicht, die dicker als 0,1 mm ist, die ungefähr auf halbem Weg zwischen den Außenoberflächenschichten Hegt. Eine umfassende Herstellung schließt die mechanische Kompression ein im Gegensatz zu dem freien Schäumen, um die Zwischenschicht zu bilden.
Obwohl es nicht gewünscht ist, an irgendeine besondere Theorie gebunden zu werden, wird von dem Erfinder der vorliegenden Anmeldung angenommen, dass die Verwendbarkeit eines bestimmten polymeren Schaumes für die Klangregelung (z. B. Klangabsorption und Klangisolierung) abhängig ist von dem Schaum, der eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften hat: 1) eine mittlere Zellgröße größer als ungefähr 2 mm; 2) eine im wesentlichen offenzellige Struktur und 3) eine relativ lange Pore, die die Zellen verbindet. Damit der Schaum akustisch aktiv ist, sollte der Schaum eine im wesentlichen offenzellige Struktur und einen relativ niedrigen spezifischen Luftstrom-Widerstand besitzen. Es wird auch angenommen, dass eine oder mehrere dieser gleichen Eigenschaften zu der Verwendbarkeit eines Schaumes für das Filtern und die Flüssigkeitsabsorption beitragen. Einige offenzellige Schäume mit großen Poren sind bekannt. Diese besitzen jedoch auch ein oder mehrere Nachteile. Z. B. können duroplastische Harze, wie z. B. Melamin und halbsteife Polyurethane verwendet werden, um Schäume herzustellen, die die gewünschte großporige, offenzellige Struktur, von der angenommen wird, dass sie für die Klangregelung erforderlich ist, aufweisen. Duroplastische Harze sind jedoch nicht recyclebar, sie sind teuer in der Herstellung und ungeeignet für die Verwendung in feuchten oder nassen Umgebungen, aufgrund deren hydrolytischer Instabilität. Thermoplastische Polymerschäume sind im allgemeinen nicht teuer durch einen praktischen Extrusionsprozess herzustellen, sie sind recyclebar, und sie weisen eine hydrolytische Stabilität auf und bieten daher einen Vorteil gegenüber duroplastischen Harzen. Es ist jedoch schwierig, einen großporigen thermoplastischen Schaum mit einer offenzelligen Struktur durch einen praktischen, direkten Extrusionsprozess zu erreichen. Diese Schwierigkeiten bestehen, weil das Zellöffnen und die Schaumexpansion einander widersprechen. Das heißt, die wachsenden Zellen innerhalb des Schaumes müssen geschlossen bleiben, um zu wachsen, die Entwicklung einer großen Pore erfordert jedoch, dass kurz vor dem Ende der Expansion sich ein Loch an der Zellwand entwickelt.
Außerdem, obwohl bestimmte thermoplastische Polymerschäume als für die Klangregelung verwendbar dargestellt wurden, ist es fraglich, ob deren Leistungsfähigkeit zur Klangregelung für eine geforderte Anwendung ausreichend ist. (Siehe z. B. DE 3,626,349 von Dynamit Nobel AG, veröffentlicht am 11. Februar 1988, DE 3,626,350 von Dynamit Nobel AG, veröffentlicht am 11. Februar 1988 und WO 95/14136 von Dow Chemical, veröffentlicht am 26. Mai 1995).
Daher verbleibt in der Fachwelt eine Notwendigkeit für Schäume, die Klang abtötende Eigenschaften verleihen, die für geforderte Anwendungen ausreichen, die eine mechanische Festigkeit haben, die ökonomisch herzustellen sind und die hydrolytisch stabil sind.
Dieses Erfordernis wird durch die vorliegende Erfindung erfüllt. Somit stellt die vorliegende Erfindung thermoplastische Polymerschäume bereit, die Klang abtötende Eigenschaften haben, die für geforderte Anwendungen ausreichen, die eine mechanische Festigkeit haben, die ökonomisch herzustellen sind und die hydrolytisch stabil sind.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden somit thermoplastische Polymerschäume bereit gestellt, die eine mittlere Zellgröße von mehr als 4 mm haben.
In einer anderen Ausführungsform werden thermoplastische Polymerschäume bereit gestellt, die eine mittlere Zellgröße von mehr als ungefähr 2 mm haben, wobei mehr als ungefähr 50% der Zellen durch mechanische Hilfsmittel geöffnet worden sind.
In einer weiteren anderen Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung einen thermoplastischen Polymerschaum bereit, der einen Luftstrom-Widerstand von weniger als ungefähr 800 000 Rayls/m und eine mittlere Zell große von mehr als ungefähr 2 mm hat und worin mehr als ungefähr 50% der Zellen durch mechanische Hilfsmittel geöffnet worden sind.
In noch einer weiteren Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung Verfahren für die Herstellung von thermoplastischen Polymerschaumstrukturen bereit, die eine mittlere Zellegröße von mehr als ungefähr 2 mm haben und worin mehr als ungefähr 50% der Zellen durch mechanische Hilfsmittel geöffnet worden sind.
Die Schäume der vorliegenden Erfindung sind insbesondere verwendbar für die Klangabsorption, die Klangisolierung, die Flüssigkeitsabsorption, das Filtern, das Polstern von Verpackungen und andere Anwendungen, die eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften erfordern: Klang abtötende oder Klang dämpfende Eigenschaften, mechanische Festigkeit, ökonomische Herstellung und hydrolytische Stabilität.
Fig. 1 zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines Schaumes der vorliegenden Erfindung, wobei die geschlossenen Zellen innerhalb des Schaumes durch Perforation geöffnet sind.
Fig. 2 zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines Schaumes der vorliegenden Erfindung, worin verlängerte geschlossene Zellen innerhalb eines Schaumes durch Perforation geöffnet sind.
Fig. 3 zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines Schaumes der vorliegenden Erfindung, worin verlängerte geschlossene Zellen innerhalb eines Schaumes durch Perforation in einem schrägen Winkel geöffnet sind.
Fig. 4 zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines Schaumes der vorliegenden Erfindung, worin geschlossene Zellen innerhalb eines Schaumes durch Kompression, gefolgt von Perforation, geöffnet sind.
Fig. 5 zeigt eine Klangabsorptionskurve eines Schaumes der vorliegenden Erfindung.
Fig. 6 zeigt eine Klangabsorptionskurve eines Schaumes der vorliegenden Erfindung.
Fig. 7 zeigt eine Klangabsorptionskurve eines Schaumes der vorliegenden Erfindung.
Fig. 8 zeigt eine Klangabsorptionskurve eines Schaumes der vorliegenden Erfindung.
Fig. 9 zeigt ein Profil eines Schaumes der vorliegenden Erfindung, welches Profil als I bezeichnet wird.
Fig. 10 zeigt ein Profil eines Schaumes der vorliegenden Erfindung, welches Profil als U bezeichnet wird.
Fig. 11 zeigt ein Profil eines Schaumes der vorliegenden Erfindung, welches Profit als W bezeichnet wird.
Die vorliegende Erfindung stellt thermoplastische Polymerschäume bereit, die Klang abtötende Eigenschaften haben, die für geforderte Anwendungen ausreichen, die mechanische Festigkeit haben, ökonomisch herzustellen sind und die hydrolytisch stabil sind. Die Schäume der vorliegenden Erfindung weisen Eigenschaften oder Kombinationen von Eigenschaften auf, die bisher schwierig, wenn nicht unmöglich, erreichbar waren. Die Schäume der vorliegenden Erfindung weisen somit eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften auf: 1) eine mittlere Zellgröße von mehr als ungefähr 2 mm; 2) eine im wesentlichen offenzellige Struktur und 3) relativ große Poren, die die Zellen verbinden.
Damit der Schaum akustisch aktiv ist, sollte der Schaum eine im wesentlichen offenzellige Struktur und einen relativ niedrigen Luftstrom-Widerstand besitzen. Entsprechend der vorliegenden Erfindung werden Schäume mit einer im wesentlichen offenzelligen Struktur und einem relativ niedrigen Luftstrom-Widerstand hergestellt, indem ein Schaum mit einer mittleren Zellgröße von mehr als ungefähr 2 mm mechanisch geöffnet wird. In den meisten Fällen erzeugt ein solches mechanisches Öffnen relativ große Poren, die die Zellen verbinden.
Thermoplastische Harze, die für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, schließen alle Typen von thermoplastischen Polymeren und Gemischen ein, die durch Extrusionsverfahren schäumbar sind. Beispiele von thermoplastischen Polymerharzen, die für die vorliegende Erfindung geeignet sind, schließen Polystyrole und Potyolefinharze, einschließlich Polyethylenharze, Polypropylenharze, ebenso wie Gemische von Ethylen-Styrol-Interpolymer-(ESI)-Harzen mit Polyolefinharzen, sowie Gemische von Polyethylen und ESI oder Polypropylen und ESI mit Polyethylenharzen, und Copolymere von Polyethylenharzen ein, ohne auf diese beschränkt zu sein, und Gemische von Polyethylenharzen sind bevorzugt. Beispiele für solche Harze sind Polyethylenharze niedriger Dichte, wie z. B. solche mit einem Schmelzindex von ungefähr 0,4 dg/Minute und einer Dichte von 0,922 g/cm³. Ein insbesondere geeignetes Gemisch ist ein Gemisch eines Polyethylens mit niedriger Dichte und eines Ethylen-Styrol-Interpolymers, insbesondere, wenn das Gemisch wenigstens 50 Gew.% des Polyethylens mit niedriger Dichte enthält. Das Ethylen-Styrol-Interpolymer hat wünschenswerterweise einen Styrolgehalt von wenigstens 60 Gew.%
Das zuvor genannte Ethylen-Styrol-Interpolymer ist ein im wesentlichen willkürliches Interpolymer, enthaltend in polymerisierter Form i) ein oder mehrere α-Olefinmonomere und ii) ein oder mehrere aromatische Vinyl- oder Vinyliden-Monomere und/oder ein oder mehrere sterisch gehinderte aliphatische oder cycloaliphatische Vinyl- oder Vinylidenmonomere, und optional iii) (ein) andere(s) polymerisierbare(s) ethylenisch ungesättigte(s) Monomer(e).
Der Begriff "Interpolymer" ist hier so verwendet, dass er auf ein Polymer hinweist, worin wenigstens zwei unterschiedliche Monomere polymerisiert sind, um das Interpolymer zu machen.
Der Begriff "im wesentlichen willkürlich" ist das im wesentlichen willkürliche. Interpolymer, das sich aus der Polymerisierung von (i) einem oder mehreren α-Olefinmonomeren und ii) einem oder mehreren aromatischen Vinyl- oder Vinyliden-Monomeren und/oder einem oder mehreren sterisch gehinderten aliphatischen oder cycloaliphatischen Vinyl- oder Vinylidenmonomeren, und optional iii) (einem) anderen polymerisierbaren ethylenisch ungesättigten Monomer(en), wie sie hierin verwendet sind, ergibt, was generell bedeutet, dass die Verteilung der Monomeren des besagten Interpolymers durch das statistische Bernoulli-Modell, oder durch ein statistisches Markovian-Modell erster oder zweiter Ordnung, wie es durch J. C. Randall in POLYMER SEQUENCE DETERMINATION; Carbon-13 NMR Method, Academic Press New York, 1977, S. 71-78, beschrieben ist, beschrieben werden kann. Bevorzugt enthält das im wesentlichen willkürliche Interpolymer, das sich aus der Polymerisierung von einem oder mehreren α-Olefin-Monomeren und einem oder mehreren aromatischen Vinyl- oder Vinyliden-Monomeren, und optional anderen polymerisierbaren ethylenisch ungesättigten Monomer(en) ergibt, nicht mehr als 15 der Gesamtmenge an aromatischen Vinyl- oder Vinyliden-Monomer in Blöcken von aromatischen Vinyl- oder Vinyliden-Monomer von mehr als 3 Einheiten enthält. Besonders bevorzugt ist das Interpolymer nicht durch einen hohen Grad an entweder Isotaktizität oder Syndiotaktizität charakterisiert. Dies bedeutet, dass in dem Kohlenstoff-13 NMR-Spektrum des im wesentlichen willkürlichen Interpolymers die Spitzenbereiche, die den Methylen- und Methin-Kohlenstoffen der Hauptketten entsprechen, die entweder Meso-zweizeilige Sequenzen oder racemische zweizellige Sequenzen repräsentieren, 75% des gesamten Spitzenbereiches der Hauptketten-Methylen- und Methin-Kohlenstoffe nicht überschreiten sollten. Durch den im folgenden verwendeten Begriff "im wesentlichen willkürliches Interpolymer" ist ein im wesentlichen willkürliches Interpolymer, das aus den oben erwähnten Monomeren hergestellt ist, gemeint.
Geeignete α-Olefinmonomere, die für die Herstellung des im wesentlichen willkürlichen Interpolymers verwendbar sind, schließen z. B. α- Olefinmonomere ein, die von 2-20, bevorzugt von 2-12, besonders bevorzugt von 2-8 Kohlenstoffe enthalten. Insbesondere geeignet sind Ethylen, Propylen, Buten-1, 4-Methyl-penten, Hexen-1 oder Octen-1, oder Ethylen in Kombination mit einem oder mehreren aus Propylen, Buten-1, 4- Methyl-1-penten, Hexen- oder Octen-1. Am stärksten bevorzugt ist Ethylen oder eine Kombination von Ethylen mit C&sub3;&submin;&sub8;-α-Olefinen. Diese α-Olefine enthalten keinen aromatischen Anteil.
(Ein) andere(s) optionale(s) polymerisierbare(s) ethylenisch ungesättigte(s) Monomer(e) schließt/schließen deformierte Ringolefine, wie z. B. Norbornen und C&sub1;&submin;&sub1;&sub0;Alkyl oder C&sub8;&submin;&sub1;&sub0;Aryl substituierte Norbornene ein, wobei ein exemplarisches Interpolymer ein Ethylen/Styrol/Norbornen ist.
Geeignete aromatische Vinyl- oder Vinyliden-Monomere, die angewendet werden können, um das im wesentlichen willkürliche Interpolymer herzustellen, schließen z. B. solche ein, die durch die folgende Formel I repräsentiert werden.
worin R¹ ausgewählt ist aus Resten, bestehend aus Wasserstoff und Alkytresten, die 1-4 Kohlenstoffatome enthalten, bevorzugt Wasserstoff oder Methyl; jedes R² unabhängig voneinander ausgewählt ist aus der Gruppe von Resten, bestehend aus Wasserstoff und Alkytresten, die von 1- 4 Kohlenstoffatome enthalten, bevorzugt Wasserstoff oder Methyl; Ar ist eine Phenylgruppe oder eine Phenylgruppe, die mit von 1-5 Substituenten substituiert ist, die ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Halogen, C&sub1;&submin;&sub4;-Alkyl und C&sub1;&submin;&sub4;-Haloalkyl; und n hat einen Wert von 0-4, bevorzugt von 0-2, besonders bevorzugt 0. Solche insbesondere geeignete Monomere schließen Styrol und niedrigalkyl- oder halogen-substituierte Derivate davon ein. Bevorzugte Monomere schließen Styrol, α- Methylstyrol, die mit niedrigem Alkyl-(C&sub1;-C&sub4;) oder mit Phenylringsubstituierte Derivate von Styrol, wie z. B. ortho-, metha- und para- Methylstyrol, t-Butylstyrol, die ringhalogenierten Styrole, wie z. B. Chlorstyrol, para-Vinyltoluol oder Mischungen davon ein. Ein besonders bevorzugtes aromatisches Monovinylmonomer ist Styrol.
Die am meisten bevorzugten im wesentlichen willkürlichen Interpolymere sind Interpolymere von Ethylen und Styrol und Interpolymere von Ethylen, Styrol und wenigstens einem α-Olefin, das von 3-8 Kohlenstoffatome enthält.
Die im wesentlichen willkürlichen Interpolymere enthalten üblicherweise von 0,5 bis 65, bevorzugt von 1-55, besonders bevorzugt von 2-50 Mol% wenigstens eines aromatischen Vinyl- oder Vinyliden-Monomers und/oder eines sterisch gehinderten aliphatischen oder cycloaliphatischen Vinyl- oder Vinylidenmonomeren und von 35-99,5, bevorzugt von 45-99, besonders bevorzugt von 50-98 Mol% wenigstens eines aliphatischen α-Olefins mit 2- 20 Kohlenstoffatomen. Diese Interpolymere können entsprechend der WO 98/10014 hergestellt werden, die hierin durch Referenz eingefügt ist.
Optional kann ein kernbildendes Mittel zu der verschäumbaren Mischung zugegeben werden. Die Menge des kernbildenden Mittels, das angewendet wird, um die Schäume der vorliegenden Erfindung herzustellen, wird entsprechend der gewünschten Zellgröße, der Schäumtemperatur und der Zusammensetzung des kernbildenden Mittels variieren. Beispielsweise sollte wenig oder kein kernbildendes Mittel verwendet werden, wenn eine große Schaumgröße gewünscht ist. Geeignete kernbildende Mittel schließen Calciumcarbonat, Bariumstearat, Calciumstearat, Talk, Ton, Titaniumdioxid, Siliciumdioxid, Bariumstearat, Diatomeenerde, Mischungen von Zitronensäure und Natnumbicarbonat ein. Die Menge des verwendeten kernbildenden Mittels, wenn es verwendet wird, kann von 0,01 bis 5 Gew.Tl. je 100 Gew.Tl. des Polymerharzgemisches (pph) reichen.
Die für das Herstellen des vorliegenden Schaumes geeigneten Treibmittel schließen alle Typen von Treibmitteln ein, die in der Fachwelt bekannt sind; physikalische und chemische Treibmittel und Mischungen davon, einschließlich anorganischer Treibmittel, organischer Treibmittel und chemischer Treibmittel. Geeignete anorganische Treibmittel schließen Kohlendioxid, Stickstoff, Argon, Wasser, Luft und Helium ein. Organische Treibmittel schließen aliphatische Kohlenwasserstoffe mit 1-6 Kohlenstoffatomen, aliphatische Alkohole mit 1-3 Kohlenstoffatomen und vollständig oder partiell halogenierte aliphatische Kohlenwasserstoffe mit 1-4 Kohlenstoffatomen ein. Aliphatische Kohlenwasserstoffe schließen Methan, Ethan, Propan, n-Butan, Isobutan, n-Pentan, Isopentan und Neopentan ein. Aliphatische Alkohole schließen Methanol, Ethanol, n- Propanol und Isopropanol ein. Vollständig und teilweise halogenierte aliphatische Kohlenwasserstoffe schließen Chlorkohlenstoffe, Fluorkohlenstoffe und Chlorfluorkohlenstoffe ein. Chlorkohlenstoffe für die Verwendung in dieser Erfindung schließen Methylchlorid. Methylenchlorid, Ethylchlorid und 1,1,1-Trichlorethan ein. Fluorkohlenstoffe zur Verwendung in dieser Erfindung schließen Methylfluorid, Methylenfluorid, Ethylfluorid, 1,1-Difluorethan(HFC-152a), 1,1,1,Trifluorethan(HGC-143a), 1,1,1,2-Tetrafluorethan(HFC-134a), 1,1,2,2-Tetrafluorethan(HFC-134), Pentafluorethan, Perfluorethan, 2,2-Difluorpropan, 1,1,1-Trifluorpropan und 1,1,1,3,3-Pentafluorpropan ein. Teilweise hydrierte Chlorfluorkohlenstoffe zur Verwendung in dieser Erfindung schließen Chlordifluormethan(HCFC-22), 1,1-Dichlor-1-fluorethan(HCFC-141b), 1-Chlor- 1,1-difluorethan(HCFC-142b), 1,1-Dichlor-2,2,2-Trifluorethan(HCFC-123) und 1-Chlor-1,2,2,2-tetrafluorethan(HCFC-124) ein. Vollständig halogenierte Chlorfluorkohlenstoffe können auch verwendet werden, sind aber aus Gründen der Umwelt nicht bevorzugt. Chemische Treibmittel für die Verwendung in dieser Erfindung schließen Azodicarbonamid, Azodiisobutyronitril, Benzensulfonylhydrazid, 4,4-Oxybenzensulfonylsemicarbazid, p-Toluolsulfonylsemicarbazid, N,N=Dimethyl-N,N=dinitrosoterephthalamid und Trihydrazintriazin, Natriumbicarbonat, Mischungen von Natnumbicarbonat und Zitronensäure ein. Auch Mischungen all dieser Treibmittel werden als innerhalb des Umfangs dieser Erfindung angesehen. Bevorzugte Treibmittel für das Extrusionsverfahren und das Batch-Verfahren zur Herstellung schmelzbarer Kügelchen sind physikalische Treibmittel, wobei flüchtige organische Treibmittel bevorzugt sind, wobei kurze Kohlenwasserstoffe (z. B. Propan und Butan) besonders bevorzugt sind.
Bevorzugte Treibmittel für Verfahren für einen quervernetzten Schaum sind steh zersetzende Treibmittel und Stickstoff.
Die Menge an Treibmittel, das in das Polymerschmelzmaterial eingearbeitet wird, um ein schaumbildendes Gel herzustellen, wird so variiert, wie es erforderlich ist, um eine vorbestimmte Dichte zu erreichen.
Die Schäume der vorliegenden Erfindung enthalten optional außerdem einen Infrarot-Absorber (Transmissionshemmer), wie z. B. Ruß, Graphit oder Titaniumdioxid, um die Fähigkeit zur thermischen Isolierung zu verstärken. Wenn er verwendet wird, kann der Infrarot-Absorber zwischen 1,0 und 25 Gew.% und bevorzugt zwischen 2,0 und 10,0 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Polymergemisches, in dem Schaum enthalten sein. Der Ruß kann von irgendeinem Typ sein, der in der Fachwelt bekannt ist, wie z. B. Ofenruß, Spaltruß, Acetylenruß und Kaminruß.
Es ist bevorzugt, dass die Schäume der vorliegenden Erfindung eine dimensionale Stabilität aufweisen. Ein Stabilitätskontrollmittel kann insbesondere bei der Herstellung von dicken (d. h. mehr als 4 mm) Schichten und bei Planken-Produkten (dicker als ungefähr 12 mm) mit im wesentlichen geschlossener Zellstruktur aus den vorausgehenden Schäumen wünschenswert sein. Im Gegensatz dazu ist ein zusätzliches Stabilitätskontrollmittel wahrscheinlich nicht notwendig oder wünschenswert, wenn im wesentlichen offenzellige Schäume gebildet werden.
Die dimensionale Stabilität wird gemessen, indem das Schaumvolumen während des Alterns als ein Anteil des ursprünglichen Volumens des Schaumes genommen wird, gemessen innerhalb von 30 Sek. nach der Schaumexpansion. Bei Anwendung dieser Definition ist ein Schaum, der 80% oder mehr des ursprünglichen Volumens innerhalb eines Monats behält, tolerabel, wobei ein Schaum, der 85% oder mehr behält, bevorzugt ist und ein Schaum, der 90% oder mehr behält, ist insbesondere bevorzugt. Das Volumen wird durch eine geeignete Methode, wie z. B. das kubische Ersetzen durch Wasser, gemessen.
Bevorzugte Stabilitätskontrollmittel schließen Amide und Ester von C&sub1;&sub0;-&sub2;&sub4; Fettsäuren ein. Solche Mittel sind in den US-Patenten mit den Nrn. 3,644,230 und 4,214,054 gelehrt. Die am meisten bevorzugten Mittel schließen Stearylstearamid, Glycerolmonostearat, Glycerolmonobenetat und Sorbitotmonostearat ein. Typischerweise werden solche Stabilitätskontrollmittel in einer Menge angewendet, die von 0,1-10 Teile je 100 Teile des Polymers reichen.
In den Schäumen können auch verschiedene Additive eingearbeitet sein, wie z. B. anorganische Füllstoffe, Pigmente, Antioxidantien, Säure- Radikalfänger, Ultraviolettabsorber, Flammschutzmittel, Prozessierhilfsmittel oder Extrusionshilfsmittel.
Die Polymerschäume der vorliegenden Erfindung können durch Techniken und Verfahren hergestellt werden, die einem üblich geschulten Fachmann gut bekannt sind und schließen Extrusionsverfahren, wie auch Batch-Verfahren unter Verwendung eines zersetzenden Treibmittels und das Quervernetzen ein, wobei die Extrusionsverfahren bevorzugt sind.
In einem Extrusionsverfahren ist die Zellgröße durch verschiedene Parameter beeinflusst, die den Typ und die Menge des Treibmittels, den Polymertyp, die Geometrie der Düsenöffnung, die Scherrate an der Düse, die Menge des kernbildenden Mittels, die Verwendung eines zellvergrößernden Mittels und die Schäumungstemperatur einschließen. Um die Zellgröße groß zu machen, wird normal erweise das zellkernbildende Mittel nicht zugesetzt. Stattdessen kann ein die Zelle verlängerndes Mittel zugegeben werden. Unter dem Rest der anderen Parameter hat der Typ und die Menge des Treibmittels den größten Effekt auf die Zellgröße.
Üblicherweise verleihen Treibmittel, die eine relativ hohe Löslichkeit und eine kleine Molekülgröße haben, bei einer relativ niedrigen Menge eine große Zellgröße. Beispiele von solchen Treibmitteln schließen Propan, n-Butan, Isobutan, n-Pentan, Methylchlorid, Methylenchlorid, Ethylchlorid, Methanol, Ethanol, Dimethylether, Wasser und ein gemischtes Treibmittel, das ein oder mehrere dieser Treibmittel enthält, ein. Verzweigte ethylenische Polymerharze, die nach der Hochdruckmethode mit freiem Radikal hergestellt sind, neigen dazu, große Zellen zu erzeugen, wenn sie mit diesen Treibmitteln expandiert werden. Die Zusätze, die die Zellgröße vergrößern, sind im allgemeinen solche Verbindungen, die in plastifizierenden Polymerharzen verwendet werden. Beispiele von Zellgrößen-Vergrößerern schließen wachsartige Materialien mit einem relativ niedrigen Schmelzpunkt ein, wie solche, die in dem US- Patent 4,229,396 beschrieben sind, und nicht-wachsartige Verbindungen mit niedrigem Molekulargewicht, wie sie in dem US-Patent 5,489,407 offenbart sind. Zusätzlich führt eine relativ niedrige Scherrate an der Düsenöffnung zu einer großen Zellgröße.
Die Polymerschäume der vorliegenden Erfindung können quervernetzt sein oder nicht quervernetzt. Verfahren zur Herstellung von Polymerschaumstrukturen und deren Verarbeitung sind in C. P. Park, Polyolefin Foam, Kapitel 9, Handbook of Polymer Foams and Technology, herausgegeben von D. Klempner und K. C. Frisch, Hanser Publishers, München, Wien, New York, Barcelona (1991) gelehrt.
Nicht quervernetzte Schäume der vorliegenden Erfindung können durch ein konventionelles Extrusionsschaumverfahren hergestellt werden. Die Schaumstruktur wird üblicherweise hergestellt, indem ein thermoplastisches Polymerharz (d. h. Polymermaterial) erhitzt wird, um ein plastifiziertes oder geschmolzenes Polymermaterial zu bilden, dann Einarbeiten eines Treibmittels, um ein schäumbares Gel zu bilden, und Extrudieren des Gels durch eine Düse, um das Schaumprodukt zu bilden.
Vor dem Mischen mit dem Treibmittel wird das Polymer auf eine Temperatur bis zu oder über seiner Glasübergangstemperatur oder dem Schmelzpunkt erhitzt. Das Treibmittel kann in das geschmolzene Polymermaterial durch irgendein Hilfsmittel, das in der Fachwelt bekannt ist, wie z. B. mit einem Extruder, Mixer, Mischer oder etwas ähnlichem eingearbeitet oder gemischt werden. Das Treibmittel wird mit dem geschmolzenen Polymermaterial bei einem erhöhten Druck gemischt, der ausreicht, um eine wesentliche Expansion des geschmolzenen Polymermaterials zu vermeiden und um das Treibmittel dann homogen zu dispergieren. Optional kann ein Kernbildner in die Polymerschmelze eingemischt werden oder trocken mit dem Polymermaterial vor der Plastifizierung oder dem Schmelzen eingemischt werden. Das schäumbare Gel wird typischerweise auf eine niedrigere Temperatur herabgekühlt, um die physikalischen Charakteristika der Schaumstruktur zu optimieren. Das Gel wird dann durch eine Düse mit gewünschter Form in eine Zone mit reduziertem oder niedrigerem Druck extrudiert oder gefördert, um die Schaumstruktur zu bilden. Die Zone mit niedrigerem Druck Hegt mit einem Druck vor, der niedriger ist als der, bei dem das schäumbare Gel vor der Extrusion durch die Düse gehalten wird. Der niedrigere Druck kann entweder oberhalb atmosphärischem oder unterhalb atmosphärischem Druck (Vakuum) Hegen, ist jedoch bevorzugt in einem atmosphärischem Bereich.
Nicht quervernetzte Schäume der vorliegenden Erfindung können in einer ineinander fließenden Strangform durch Extrusion des thermoplastischen Polymerharzes (d. h. dem Polymermaterial) durch eine Düse mit vielen Öffnungen gebildet werden. Die Öffnungen sind so arrangiert, dass zwischen den aneinandergrenzenden Strömen des geschmolzenen Extrudates während des Schäumprozesses Kontakt entsteht und die sich kontaktierenden Oberflächen sich aneinander mit einer ausreichenden Adhäsion anlagern, um zu einer einheitlichen Schaumstruktur zu führen. Die Ströme des geschmolzenen Extrudates, die die Düse verlassen, nehmen die Form von Strängen oder Profilen an, die wie gewünscht schäumen, ineinander fließen und steh aneinander lagern, um eine einheitliche Struktur zu bilden. Wünschenswerterweise sollten die ineinander fließenden Individuellen Stränge oder Profile aneinander angelagert in einer einheitlichen Struktur bleiben, um ein Aufblättern der Stränge unter Beanspruchungen im Zusammenhang mit dem Herstellen, dem Formen und dem Verwenden des Schaumes zu vermeiden. Apparate und eine Methode zur Herstellung von Schaumstrukturen in Form von ineinander fließenden Strängen sind in den US-Patenten 3,573,152 und 4,324,720 gelehrt.
Die vorliegende Schaumstruktur kann auch in nicht quervernetzten Schaumkügelchen ausgebildet werden, die geeignet sind, um in Artikel geschmolzen zu werden. Die Schaumkügelchen können durch ein Extrusionsverfahren oder ein Batch-Verfahren hergestellt werden. In dem Extrusionsverfahren werden die Schaumstränge, die aus einer Düse mit vielen Löchern, die an einen konventionellen Schaumextrusionsapparat angebracht ist, herauskommen, granuliert, um Schaumkügelchen zu bilden. In einem Batch-Prozess werden vereinzelte Harz-Partikel, wie z. B. granulierte Harzpeletts in einem flüssigen Medium, in dem sie im wesentlichen nicht löslich sind, wie z. B. Wasser, suspendiert, mit einem Treibmittel durchsetzt, indem das Treibmittel in das flüssige Medium bei einem erhöhten Druck und einer erhöhten Temperatur in einem Autoklaven oder einem anderen Druckkessel eingeführt wird, und schnell in die Atmosphäre oder einen Bereich mit reduziertem Druck entladen, um zu expandieren, um die Schaumkügelchen zu bilden. Dieses Verfahren wird in den US-Patenten 4,379,859 und 4,464,484 gelehrt.
Quervernetzte Schäume der vorliegenden Erfindung können entweder durch das quer vernetzte Schaumverfahren unter Anwendung eines sich zersetzenden Treibmittels oder durch konventionelle Extrusionsverfahren hergestellt werden.
Bei der Verwendung des quervernetzten Schaumverfahrens unter Anwendung eines steh zersetzenden Treibmittels können die quervernetzten Schäume der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, indem ein thermoplastisches Polymerharz (d. h. das Polymermaterial) mit einem sich zersetzenden chemischen Treibmittel gemischt und erhitzt wird, um ein schäumbares plastifiziertes oder geschmolzenes Polymermaterial zu bilden, Extrudieren des schäumbaren geschmolzenen Polymermaterials durch eine Düse, Induzieren der Quervernetzung in dem geschmolzenen Polymermaterial und Aussetzen des geschmolzenen Polymermaterials gegenüber einer erhöhten Temperatur, um das Treibmittel freizusetzen, um die Schaumstruktur zu bilden. Das Polymermaterial und das chemische Treibmittel können gemischt und die Schmelze kann gemischt werden mit Hilfe irgendeines Hilfsmittels, das in der Fachwelt bekannt ist, wie z. B. mit einem Extruder, Mixer, Mischer oder einem ähnlichen. Das chemische Treibmittel wird bevorzugt mit dem Polymermaterial vor dem Erhitzen des Polymermateriales in eine geschmolzene Form trocken vermischt, kann aber auch zugegeben werden, wenn das Polymermaterial in der geschmolzenen Phase ist. Das Quervernetzen kann durch Zugabe eines quervernetzenden Mittels oder durch Bestrahlung induziert werden. Die Induktion des Quervernetzens und das Aussetzen gegenüber einer erhöhten Temperatur, um das Schäumen oder die Expansion zu bewirken, kann gleichzeitig oder aufeinanderfolgend geschehen. Wenn ein quervernetzendes Mittel verwendet wird, wird es in das Polymermaterial auf dieselbe Weise eingearbeitet, wie das chemische Treibmittel. Außerdem, wenn ein quervernetzendes Mittel verwendet wird, wird das schäumbare geschmolzene Polymermaterial erhitzt oder einer Temperatur von bevorzugt weniger als 150ºC ausgesetzt, um ein Zersetzen des quervernetzenden Mittels oder des Treibmittels zu verhindern, und um ein vorzeitiges Vernetzen zu verhindern. Wenn ein Quervernetzen durch Bestrahlung verwendet wird, wird das schäumbare geschmolzene Polymermaterial erhitzt oder einer Temperatur von bevorzugt weniger als 160ºC ausgesetzt, um ein Zersetzen des Treibmittels zu verhindern. Das schäumbare geschmolzene Polymer wird durch eine Düse von gewünschter Form extrudiert oder befördert, um eine schäumbare Struktur zu bilden. Die schäumbare Struktur wird dann quervernetzt und bei einer erhöhten oder hohen Temperatur (typischerweise 150-250ºC), wie z. B. in einem Ofen, expandiert, um eine Schaumstruktur zu bilden. Wenn das Quervernetzen durch Bestrahlung verwendet wird, wird die schäumbare Struktur bestrahlt, um das Polymermaterial quer zu vernetzen, welches dann bei einer erhöhten Temperatur, wie oben beschrieben, expandiert wird. Die Struktur kann vorteilhafterweise in Form einer Schicht oder dünnen Planke gemacht werden, entsprechend dem obigen Verfahren, unter Verwendung entweder quervernetzender Mittel oder Bestrahlung.
Zusätzlich zu der Verwendung eines quer vernetzenden Mittels oder Bestrahlung in dem quervernetzten Schaumverfahren unter Verwendung eines sich zersetzenden Treibmittels kann das Quervernetzen auch mit Hilfe von Silan-Quervernetzen, wie es in C. P. Park, wie oben genannt, Kapitel 9, beschrieben ist, erreicht werden.
Quervernetzte Schäume der vorliegenden Erfindung können durch einen Extrusionsprozess unter Verwendung einer langstegigen Düse auch in Form einer kontinuierlichen Plankenstruktur gemacht werden, wie es in GB 2,145,961 A beschrieben ist. In diesem Verfahren werden das Polymer, das sich zersetzende Treibmittel und das quervernetzende Mittel in einem Extruder gemischt; die Mischung wird erhitzt, um dem Polymer zu erlauben, quer zu vernetzen und dem Treibmittel in einer langstegigen Düse sich zu zersetzen und die Schaumstruktur wird geformt und von der Düse weg geführt, wobei die Schaumstruktur und der Düsenkontakt mit einem geeigneten Schmiermittelmaterial geschmiert wird.
Quervernetzte Schäume der vorliegenden Erfindung können auch in quervernetzte Schaumkügelchen geformt werden, für das Schmelzen in Artikel. Um die Schaumkügelchen zu machen, werden vereinzelte Harzpartikel, wie z. B. granulierte Harzpelletts in einem flüssigen Medium, in dem sie im wesentlichen nicht löslich sind, wie z. B. Wasser, suspendiert; mit einem quervernetzenden Mittel und einem Treibmittel bei einem erhöhten Druck und Temperatur in einem Autoklaven oder einem anderen Druckkessel imprägniert und schnell in die Atmosphäre oder einen Bereich mit reduziertem Druck freigesetzt, um zu expandieren, um die Schaumkügelchen zu bilden. In einer anderen Version des Verfahrens werden die Polymerkügelchen mit dem Treibmittel imprägniert, heruntergekühlt, aus dem Kessel entladen und dann durch Erhitzen oder mit Dampf expandiert. In einer Abart des obigen Verfahrens kann ein Styrolmonomer in die suspendierten Pelletts gleichzeitig mit dem quervernetzenden Mittel eingearbeitet werden, um ein Pfropfcopolymer mit dem Polymermaterial zu bilden. Das Treibmittel kann in die Harzpelletts eingearbeitet werden, während diese in Suspension sind oder alternativ, in einem nicht wässerigen Status. Die expandierbaren Kügelchen werden dann durch Erhitzen mit Dampf expandiert und durch eine konventionelle Formungsmethode für die expandierbaren Polystyrolschaumkügelchen geformt. Die Schaumkügelchen können dann mit Hilfe irgendwelcher Hilfsmittel, die in der Fachwelt bekannt sind, geformt werden, wie z. B. Laden der Schaumkügelchen in die Form, Zusammenpressen der Form, um die Kügelchen zu komprimieren, und Erhitzen der Kügelchen, wie z. B. mit Dampf, um das Zusammenfließen und Verschweißen der Kügelchen zu bewirken, um den Artikel zu bilden. Optional können die Kügelchen mit Luft oder einem anderen Treibmittel vorerhitzt werden, bevor sie in die Form geladen werden. Exzellente Lehren der obengenannten Verfahren und Formungsmethoden werden in C. P. Park, wie oben genannt, Seiten 227-233 und den US-Patenten 3,886,100; 3,959,189; 4,168,353 und 4,429,059 gefunden. Die Schaumkügelchen können auch durch Herstellen einer Mischung des Polymers, des quervernetzenden Mittels und sich zersetzenden Mitteln in einer geeigneten Mischvorrichtung oder einem Extruder und dem Formen der Mischung in Pelletts und dem Erhitzen der Pelletts, um quer zu vernetzen und zu expandieren, hergestellt werden.
Ein anderes Verfahren zur Herstellung von quer vernetzten Schaumkügelchen, die für das Formen in Artikel geeignet sind, ist es, das Polymermaterial zu schmelzen und es mit einem physikalischen Treibmittel in einem konventionellen Schaumextrusionsapparat zu mischen, um einen im wesentlichen kontinuierlichen Schaumstrang zu bilden. Der Schaumstrang wird granuliert oder pallettiert, um die Schaumkügelchen zu bilden. Die Schaumkügelchen werden dann durch Bestrahlung quervernetzt. Die quervernetzten Schaumkügelchen können dann verschmolzen werden und geformt werden, um verschiedene Artikel, wie oben für das andere Schaumkügelchenverfahren beschrieben, zu bilden, weitere Lehren für dieses Verfahren werden in dem US-Patent 3,616,365 und C. P. Park, wie oben genannt, Seiten 224-228, gefunden.
Außerdem kann die Silanquervernetzungstechnologie für den Extrusionsprozess angewendet werden. Lehren für dieses Verfahren werden in C. P. Park, wie oben genannt, Kapitel 9 und in dem US-Patent 4,714,716 gefunden. Wenn Silanquervernetzungsverfahren mit konventionellen Extrusionsverfahren verwendet werden, wird ein Polymer mit einem vinylfunktionellen Silan oder einem azidofunktionellen Silan gepfropft und expandiert, um Schäume zu bilden. Die extrudierten Schäume werden dann warmer, feuchter Luft ausgesetzt, um das Quervernetzen zu entwickeln.
Die quervernetzten Schäume der vorliegenden Erfindung können in einer Teilchen-Ausgangsmaterial-Form gemacht werden durch Mischen des Polymermaterials, eines quervernetzenden Mittels und eines Treibmittels, um eine Tafel zu bilden. Erhitzen der Mischung in einer Form, so dass das quervernetzende Mittel das Polymermaterial quervernetzen kann, und das Treibmittel sich zersetzen kann, und Expandieren des Schaumes durch Ablassen des Druckes in der Form. Optional kann das Teilchen- Ausgangsmaterial, das durch das Ablassen des Druckes gebildet wird, nochmals erhitzt werden, um eine weitere Expansion zu bewirken.
Eine quervernetzte Polymerschicht wird hergestellt, indem eine Polymerschicht mit einer hochenergetischen Strahlung bestrahlt wird, oder durch Erhitzen einer Polymerschicht, die ein chemisches quervernetzendes Mittel enthält. Die quervernetzte Polymerschicht wird in die gewünschten Formen geschnitten und mit Stickstoff unter hohem Druck und bei einer Temperatur oberhalb des Erweichungspunktes des Polymers durchsetzt.
Das Ablassen des Druckes bewirkt eine Bildung von Blasen und eine gewisse Expansion in der Schicht. Die Schicht wird in einem Niedrigdruckkessel unter Druck oberhalb des Erweichungspunktes wieder erhitzt und der Druck wird abgelassen, so dass der Schaum expandieren kann.
Schäume, die nach der oben beschriebenen Methode hergestellt sind, weisen Dichten von 10 kg/m³ bis 300 kg/m³ auf, wobei Schäume, die Dichten von 15 kg/m³ bis 100 kg/m³ haben, bevorzugt sind, und Schäume, die Dichten von 15 kg/m³ bis 60 kg/m³ haben, sind insbesondere bevorzugt. Außerdem weisen Schäume, die nach den oben beschriebenen Methoden hergestellt sind, eine mittlere Zelt große von 2 mm bis 15 mm auf, wobei Zellgrößen von 2 mm bis 10 mm bevorzugt sind, solche von 3 mm bis 10 mm sind noch bevorzugter, insbesondere größer als 3 mm und von 4 mm bis 8 mm sind sie ganz besonders bevorzugt. Außerdem können die Schäume, die nach den obigen Methoden hergestellt sind, offen- oder geschlossenzellig sein, bevorzugt sind sie im wesentlichen offen- oder im wesentlichen geschlossenzellig.
Schäume, die nach den oben genannten Methoden hergestellt sind, können ohne zusätzliche Bearbeitungsschritte bei der Klangregelung verwendbar sein. Z. B. weisen die Schäume, die nach den oben genannten Methoden hergestellt sind, die eine durchschnittliche Zellgröße von mehr als ungefähr 3 mm, insbesondere mehr als ungefähr 4 mm, haben, einen genügend niedrigen Luftflusswiderstand auf, um für die Verwendung als ein Klangabsorptionsmaterial geeignet zu sein, unabhängig von anderen Eigenschaften, die der Schaum haben mag, und ohne die Notwendigkeit für weitere Verarbeitungsschritte. Typischerweise ist für die Endverwendungen als Klangregelung ein Luftflusswiderstand von weniger als ungefähr 800 000 Rayls/m (d. h. 800 000 Pa·s/m²) wünschenswert, wobei weniger als 400 000 Rayls/m (d. h. 400 000 Pa·s/m²), weniger als 100 000 Rayls/m (d. h. 100 000 Pa·s/m²), und weniger als 50 000 Rayls/m (d. h. 50 000 Pa·s/m²) immer stärker wünschenswert ist, abhängig von der Endverwendung des Schaumes.
Im Falle, dass die Basisschäume, die nach den oben genannten Methoden hergestellt sind, jedoch nicht ausreichende Klangregelungseigenschaften aufweisen, kann dem Basisschaum die Zugabe oder die Verstärkung von Eigenschaften, wie z. B. 1) eine im wesentlichen offenzellige Struktur und 2) relativ lange Poren, die die Zellen verbinden, durch Öffnen der geschlossenen Zellen innerhalb des Basisschaums mit mechanischen Hilfsmitteln verliehen werden.
Wie zuvor gesagt wurde sollte dafür, dass der Schaum akustisch aktiv ist, der Schaum eine im wesentlichen offenzellige Struktur und einen relativ niedrigen Luftflusswiderstand besitzen. Entsprechend der vorliegenden Erfindung werden Schäume mit einer im wesentlichen offenzelligen Struktur und einem relativ niedrigen Luftflusswiderstand hergestellt, indem ein Schaum mit einer durchschnittlichen Zellgröße von mehr als ungefähr 2 mm mechanisch geöffnet wird. In den meisten Fällen bildet solch ein mechanisches Öffnen relativ lange Poren, die die Zellen verbinden. Z. B. können geschlossene Zellen innerhalb des Schaumes durch Anwenden eines Hilfsmittels für das Öffnen geschlossener Zellen in einem zellulären thermoplastischen Polymerschaum zu wenigstens einem Teil wenigstens einer Oberfläche des thermoplastischen Basis-Polymerschaums geöffnet werden. Solch eine Anwendung reicht aus, um dazu zu führen, dass wenigstens ein Teil der geschlossenen Zellen in dem Basispolymerschaum geöffnet werden. Der Teil an geschlossenen Zellen, die durch das mechanische Hilfsmittel geöffnet werden, wird natürlich von dem Ausmaß der Anwendung des Hilfsmittels zum Öffnen der geschlossenen Zellen abhängen. Z. B., wenn ein kleinerer Anteil von geschlossenen Zellen geöffnet werden soll, wird die Anwendung des Hilfsmittels zum Öffnen nur an einem Teil der Oberfläche des Basisschaums angewendet und/oder erstreckt sich nur teilweise durch die Dicke des Basisschaums. Wenn jedoch ein größerer Anteil der geschlossenen Zellen geöffnet werden soll, wird die Anwendung des Hilfsmittels zum Öffnen an mehr der Oberfläche des Basisschaums angewendet und/oder erstreckt sich weiter in die Dicke des Basisschaums.
Die Richtung der Anwendung des Hilfsmittels zum Öffnen der geschlossenen Zellen ist unerheblich und kann entweder senkrecht zu oder in Richtung der Extrusion durchgeführt werden, und kann in irgendeinem Winkel in Bezug auf die Oberfläche des Basisschaums angewendet werden.
Das Hilfsmittel zum Öffnen der geschlossenen Zellen kann irgendein Hilfsmittel sein, das ausreicht, um die geschlossenen Zellen zu öffnen, wird jedoch typischerweise die Perforation, das Aufschneiden, die Kompression oder Kombinationen davon einschließen. Typischerweise umfasst die Perforation das Punktieren des Basisschaums mit einem oder mehreren zugespitzten scharfen Objekten. Geeignete zugespitzte, scharfe Objekte schließen Nadeln, Spikes, Pins oder Nägel ein. Zusätzlich kann die Perforation Bohren, Laserschneiden, Flüssigschneiden mit hohem Druck, Druckluftstrahlen oder Projektile umfassen. Fig. 1 zeigt einen Querschnitt eines Basisschaums 1 der vorliegenden Erfindung, der eine Vielzahl von geschlossenen Zellen 2 umfasst, wobei der Schaum 1 mit einer Vielzahl von angespitzten, scharfen Objekten 3 perforiert wurde.
Außerdem kann der Basisschaum so hergestellt werden, dass er langgestreckte Zellen hat, indem der Schaumstrang während der Expansion gezogen wird. Solch ein Ziehen führt zu verlängerten Zellen, ohne die Zellgröße zu ändern oder häufig in die horizontale Richtung zu vergrößern. Somit führt das Ziehen zu einer vergrößerten durchschnittlichen Zellgröße in der Richtung senkrecht zu der vertikalen Richtung (EH Durchschnitt) und erleichtert die Perforation. Fig. 2 zeigt einen Querschnitt eines Basisschaums 1 der vorliegenden Erfindung, der eine Vielzahl von geschlossenen Zellen umfasst, die in Richtung der Extrusion 4 verlängert worden sind, welche perforiert wurden mit einer Vielzahl von angespitzten, scharfen Objekten 3. Fig. 3 zeigt einen Querschnitt eines Basisschaums 1 der vorliegenden Erfindung, der eine Vielzahl von geschlossenen Zellen umfasst, die in der Richtung der Extrusion 4 verlängert worden sind, welche mit einer Vielzahl von angespitzten, scharfen Objekten 3 in einem schrägen Winkel perforiert worden sind.
Die Perforation des Basisschaums kann in irgendeinem Muster ausgeführt werden, einschließlich quadratischen Mustern und dreieckigen Mustern. Außerdem ist es bevorzugt, dass der Abstand zwischen den Perforationen in der Größenordnung der Zell große innerhalb des Schaumes ist, um die Mehrzahl der Zellen zu perforieren. Wenn es gewünscht ist, dass die Mehrheit der Zellen perforiert wird, ist es daher bevorzugt, dass die Perforation in einer Weise ausgeführt wird, die dazu führt, dass die Perforationen räumlich zueinander mit Abständen angeordnet sind, die nicht größer sind, als das Zweifache des durchschnittlichen Durchmessers der Zellen innerhalb des Basisschaums, bevorzugt nicht größer als 1,5fach, insbesondere bevorzugt gleich dem durchschnittlichen Durchmesser der Zellen innerhalb des Basisschaums, und insbesondere bevorzugt weniger als der durchschnittliche Durchmesser der Zellen innerhalb des Basisschaums. Obwohl die Auswahl eines bestimmten Durchmessers des scharfen, angespitzten Objektes, mit dem der Basisschaum perforiert wird, von vielen Faktoren abhängt, einschließlich der durchschnittlichen Zellgröße und dem gewünschten Abstand der Perforationen, haben die angespitzten, scharfen Objekte, die für die Herstellung der bestimmten Schäume der vorliegenden Erfindung verwendbar sind, typischerweise Durchmesser von 1 mm bis 4 mm.
Das Aufschneiden kann durch irgendein Hilfsmittel durchgeführt werden, das ausreicht, durch wenigstens einen Teil des Schaumes zu schneiden und schließen Messer und Sägen ein. Das Öffnen der Zellen des Basisschaums durch Aufschneiden öffnet notwendigerweise nur die Zellen an der geschnittenen Oberfläche, wobei die Zellen im Inneren des Schaumes unverändert bleiben. Daher reduziert das Schneiden nicht den Luftflusswiderstand durch die Dicke des Schaumes. Das Öffnen der Oberflächenzellen durch Schneiden kann jedoch ausreichend sein für bestimmte Klangregelungsanwendungen, insbesondere wenn die Zellgröße ausreichend groß und/oder der verbleibende nicht geschnittene Schaum ausreichend dünn ist. Ohne an irgendeine bestimmte Theorie gebunden werden zu wollen, wird von dem Erfinder der vorliegenden Anmeldung angenommen, dass es für eine effektive Klangabsorption nicht notwendig ist, dass ein niedriger Luftflusswiderstand durch die gesamte Dicke des Schaumes besteht. Dies ist so, weil Klang eine Kompressionswelle von Luft ist, die sich durch die Bewegung von Luftmolekülen in einer oszillierenden Art und Weise ausbreitet (d. h. die Luftmoleküle bewegen sich vor und zurück an einer festen mittleren Position, wobei sie Moleküle in den anliegenden Luftschichten treffen usw.). Die Luftmoleküle selbst bewegen sich nicht über eine große Distanz bis zum Ende der Schaumdicke. Daher besteht kein echter Luftfluss während der Klangtransmission durch ein Schaumsubstrat. Der Klang wird jedoch durch die Wärme, die gebildet wird, durch die Bewegung der Luft vor und zurück zerstreut, was eine Reibung an den Zell wänden begründet. Da es eine kompressive welle ist, tritt die Klangwelle durch einen weichen Film hindurch, der ihre Passage unterbinden soll, da das Aufprallen der Moleküle auf einen Film in einer im allgemeinen senkrechten Richtung zu ihrer Bewegung bewirkt, dass der Film vibriert, was wiederum die Luft auf der anderen Seite oszillieren lässt. Daher beeinträchtigen einige dünne Lagen flexibler dünner Filme, wie z. B. der unveränderte innere Kern des Schaumes der vorliegenden Erfindung, dessen Oberflächenzellen aufgeschlitzt worden sind, nicht wesentlich die Fähigkeit des Schaumes zur Klangabsorption.
Die Kompression als Hilfsmittel für das Öffnen der Zellen kann durch irgendein Hilfsmittel ausgeführt werden, das ausreicht, eine äußere Kraft auf eine oder mehrere Oberflächen des Schaumes auszuüben und daher zu bewirken, dass die Zellen innerhalb des Basisschaums bersten und sich öffnen. Eine Kompression während oder nach der Perforation ist insbesondere wirksam für das Aufreißen der Zellwände, die den Kanälen, die durch die Perforation gebildet wurden, benachbart sind, da eine hohe Druckdifferenz entlang der Zellwände ausgebildet werden kann. Außerdem, anders als mit einer Nadelpunktierung, kann die Kompression dazu führen, dass die Zellwände, die in allen Richtungen anliegen, zerrissen werden, wodurch gewundene Wege gebildet werden, die für die Klangabsorption gewünscht sind.
Das mechanische Öffnen der geschlossenen Zellen des Basisschaums setzt den Luftflusswiderstand des Basisschaums herab, indem große Poren in den Zellwänden und den Streben gebildet werden. In jeglichem Falle dient ein solches mechanisches Öffnen der geschlossenen Zellen innerhalb des thermoplastischen Basis-Polymerschaums dazu, die Klangabsorption, die Klangisolierung, die Flüssigkeitsabsorption und die Filtereigenschaften des Schaumes zu verstärken, unabhängig von dem besonderen Hilfsmittel, durch welches dies durchgeführt wird.
Natürlich wird der Prozentanteil der Zellen, die mechanisch geöffnet sind, von einer Vielzahl von Faktoren abhängen, einschließlich der Zellgröße, der Zellform, dem Hilfsmittel zum Öffnen (d. h. Perforation, Aufschlitzen, Kompression) und dem Ausmaß der Anwendung des Hilfsmittels zum Öffnen, das an den Basisschaum angelegt wird. Für eine maximale Reduktion des Luftflusswiderstandes ist es bevorzugt, dass mehr als 50% der geschlossenen Zellen innerhalb des Basisschaums durch das mechanische Hilfsmittel, das oben beschrieben ist, geöffnet wird, wobei mehr als 70% bevorzugt ist und mehr als 90% besonders bevorzugt ist. Um den Anteil an Zellen, die mechanisch geöffnet werden, zu maximieren, ist es bevorzugt, dass eine Kombination von Kompression und Perforation verwendet wird, um die Zellen zu öffnen. Fig. 4 zeigt einen Querschnitt eines Basisschaums 1 der vorliegenden Erfindung, der eine Vielzahl von geschlossenen Zellen umfasst, die in Richtung der Extrusion verlängert worden sind, welcher zuerst komprimiert worden ist und dann, während der Schaum komprimiert wurde, mit einer Vielzahl von angespitzten, scharfen Objekten 3 perforiert wurde.
Zusätzlich zu der Option, ein Flammschutzmittel in das Polymermaterial vor der Extrusion einzuarbeiten, wie es oben diskutiert ist, können die Schäume der vorliegenden Erfindung auch mit einem Flammschutzmittel imprägniert werden, nachdem sie extrudiert worden sind, und bevorzugt, nachdem sie irgendwelchen zusätzlichen Prozessschritten unterworfen worden sind, wie z. B. der Elongation durch Ziehen und dem mechanischen Öffnen von geschlossenen Zellen.
Wenn sie für die Klangisolierung verwendet werden, können die Schäume der vorliegenden Erfindung als eine Innenschicht in einer vielschichtigen. Klang isolierenden Paneele verwendet werden, die eine Oberflächenschicht umfasst, an die die Schauminnenschicht angelagert ist, und eine Struktur, an die die Innenschicht fixiert ist an voneinander getrennten Kontaktpunkten mit Hilfe von Streifen, Flicken, Tupfern oder anderen geometrischen Vorsprüngen (im allgemeinen hier im weiteren "Kontaktpunkte" genannt), welche zwischen der Innenschicht und der Struktur Frei räume lassen und, im Falle von langen Stützweiten und/oder dünnen Oberflächenschichten, Punkte auf der Weglänge, um die Innenschicht auf einen gewissen Abstand von der Struktur zu halten. Die Struktur, an die die Innenschicht an voneinander getrennten Kontaktpunkten fixiert ist, kann eine Wand oder eine Decke oder irgendein anderes geeignetes Konstruktionselement sein. Alternativ kann die Struktur eine zweite Oberflächenschicht sein. Das sich ergebende Sandwichpaneel kann als ein Abtrennungselement oder eine Trennwand verwendet werden. Die Paneele sind für die Bau- oder andere Industrien zur Verbesserung der Klangisolierungseigenschaften von Gebäuden und/oder Maschinen verwendbar. Beispiele von solchen Paneelen sind in WO 95/14136, veröffentlicht am 26. Mai 1995, beschrieben.
Wenn sie als eine Innenschicht in einer vielschichtigen Paneele verwendet werden, können die Schäume der vorliegenden Erfindung auf eine Anzahl von Wegen in ein Profil geformt werden. Beispielsweise können die Schäume der vorliegenden Erfindung in eine gerade Konfiguration in Profil gebracht werden. Fig. 9 zeigt einen Schaum der vorliegenden Erfindung, der so in Profil gebracht ist, dass er einen Schaumkern 5 enthält, der in Form einer geraden Konfiguration vorliegt, bezeichnet als I. Die Schäume der vorliegenden Erfindung können auch so profiliert sein, dass sie eine niedrige dynamische Steifheit aufweisen. Z. B. können die Schäume der vorliegenden Erfindung so fassioniert sein, dass sie einen Schaumkern 5 enthalten, an den schmale Streifen desselben oder eines anderen Schaumes 6 auf derselben Seite oder an beiden Enden des Schaumkernes 5 angebracht worden sind. Das Profil der Fig. 10 wird als U bezeichnet. Außerdem können die Schäume der vorliegenden Erfindung so fassioniert sein, dass sie einen Schaumkern 5 umfassen, an den schmale Streifen desselben oder eines anderen Schaumes 6 alternierend auf sich gegenüberliegenden Seiten des Schaumkernes 5 angebracht sind und schmale Streifen desselben oder eines anderen Schaumes 6 an beiden Seiten und sich einander gegenüberliegend an beiden Enden des Schaumkernes 5 angebracht worden sind. Das Profil der Fig. 11 wird als W bezeichnet. Wenn der Schaum der vorliegenden Erfindung so fassioniert ist und zwischen Oberflächenpaneelen angebracht ist, wandeln diese Designs den komprimierten Strang an dem Oberflächenpaneel in einen flexiblen Strang an dem Schaumkern um. Wenn ein ausreichender Abstand zwischen den unterstützenden Streifen gegeben ist, verleiht die Struktur die gewünschte sehr niedrige dynamische Steifheit. Im Falle des Profils W sind die Abstände zwischen den mittleren Punkten der schmalen Streifen 6 auf derselben Seite des Schaumkernes 5 wenigstens 250 mm, und bevorzugt zwischen 300 mm und 600 mm. Im Falle des Profils U sind die Abstände zwischen den mittleren Punkten der Streifen wenigstens 350 mm und bevorzugt zwischen 450 und 600 mm.
Die folgenden Beispiele von Schäumen der vorliegenden Erfindung sind nicht als limitierend zu betrachten. Soweit es nicht anders angegeben ist, sind alle Prozentanteile, Teile und Verhältnisse auf das Gewicht bezogen.

Beispiel 1

Dieses Beispiel stellt Schäume dar, die in dieser Erfindung zu verwenden sind und ein Verfahren zur Herstellung dieser Schäume durch ein Extrusionsverfahren. Die Schäume, wie sie in Tabelle I aufgelistet sind, wurden unter Verwendung eines kommerziellen Schaumextrusionsapparates hergestellt. Der Apparat war ein Extruder vom Schneckentyp, der zwei zusätzliche Zonen für das Mischen und Kühlen am Ende der üblichen unterteilten Zonen für das Zuführen, Schmelzen und Abmessen hat. Eine Öffnung für die Treibmitteleinspritzung war an der Extrudertrommel zwischen der Abmess- und der Mischzone angebracht. An dem Ende der Kühlzone war eine Düsenöffnung angebracht, die eine Öffnung mit einer üblichen rechteckigen Form hatte.
Ein Polyethylen niedriger Dichte mit einem Schmelzindex von ungefähr 0,4 dg/Min. (entsprechend ASTM D-1238, 190ºC/2,16 kg) und einer Dichte von 0,922 g/cm³ wurde in den Extruder zusammen mit einer kleinen Menge von Glycerinmonostearat mit einer gleichmäßigen Rate eingegeben. Es wurde kein kernbildendes Mittel zugegeben, um die Zellgröße groß zu halten. Die Temperaturen, die an den Extruderzonen aufrecht gehalten wurden, waren 160º an der Zuführzone, 200ºC an der Schmelzzone, 210ºC an der Abmesszone und 190ºC an der Mischzone. Es wurde Isobutan in die Mischzone mit einer gleichmäßigen Rate von 11,8 Teilen je 100 Teilen (pph) des Polymers eingespritzt. Die Temperaturen der Kühlzone und des Düsenblockes waren graduell erniedrigt, um einen guten Schaum zu produzieren. Bei einer Kühlzonentemperatur von 110ºC und einer Düsentemperatur von 108ºC wurde ein im wesentlichen geschlossenzelliger Schaum von ungefähr 23 kg/m³ Dichte und einer großen Zellgröße erhalten. Der Schaum, der ungefähr 105 mm in der Dicke und ungefähr 600 mm in der Breite war, wurde aufgefangen (PEF1) und dann gezogen, um seine Dicke auf ungefähr 80 mm zu reduzieren, und der gezogene Schaum wurde ebenso aufgefangen (PEF2). Durch das Ziehen wurde beabsichtigt, die Zellen in der Richtung senkrecht zu der vertikalen Richtung zu verlängern, wie es in Tabelle I gezeigt ist, verlängert das Ziehen nicht nur die Zellen in der Extrusionsrichtung, sondern vergrößert auch die durchschnittliche Zellgröße. Eine große Zelt große in der Richtung senkrecht zu der vertikalen Richtung (EH-Durchschmtt) erleichtert das Lochpunktieren. Tabelle I
* kein beispielhafter Schaum dieser Erfindung
1 Zellgröße in vertikaler Richtung, wie durch ASTM D-3756 bestimmt,
2 Zellgröße in der Richtung der Extrusion, wie durch ASTM D-3756 bestimmt,
3 Zellgröße in horizontaler Richtung, wie durch ASTM D-3756 bestimmt,
4 durchschnittliche Zellgröße in der Extrusions- und horizontalen Richtung
5 durchschnittliche Zellgröße in allen drei Richtungen
Andere Polyethylenschäume (PEF), die in Tabelle 1 aufgelistet sind, wurden durch das im wesentlichen selbe Verfahren hergestellt, wie es für PEF1 und PEF2 beschrieben ist. Die Isobutanmenge wurde für jeden hergestellten Schaum variiert, um die gewünschte Dichte zu erreichen und eine kleine Menge an kernbildendem Mittel wurde zur Zellgrößenkontrolle zugegeben. Alle die Schäume hatten eine im wesentlichen geschlossene Zellstruktur.

Test 1

Lochstanztests

Die Schäume wurden in Tafeln mit ungefähr 55 mm Dicke geschnitten und Löcher wurden durch die Schaumplatten in einem quadratischen Muster mit einem vorbestimmten Abstand gestanzt. Für das Stanzen der Löcher in 10, 5 und 4 mm Abständen wurde eine Nadel mit 2 mm Durchmessern angewendet. Die 3 mm voneinander entfernten Löcher wurden mit einer Stanzplatte gestanzt, die eine Vielzahl von 1,5 mm Nadeln, gesichert in dem gewünschten Muster, hatte. Das Ausmaß des Lochstanzens kann zweckmäßigerweise durch die Lochdichte (das ist die Anzahl von Löchern je cm²) ausgedrückt werden. Das Stanzen in einem 10, 5, 4 und 3 mm quadratischen Muster führt zu einer Lochdichte von 1, 4, 6,25 bzw. 11,1 Löchern je cm². Aus jeder Schaumprobe wurde eine zylindrische Probe von 29 mm Durchmessern aus der Gesamtdicke von 55 mm herausgebohrt und der offenzellige Gehalt der Probe wurde durch ASTM D 2856, Prozedur C, bestimmt. Die Offenzell-Daten sind in Tabelle II für jede Schaumprobe und Stanzmuster zusammengefasst. Tabelle II
* kein Beispiel-Schaum dieser Erfindung
¹ Gehalt an offenen Zellen von Schäumen wie extrudiert in Prozent. ND = nicht bestimmt.
² Das Volumen der geschnittenen Oberflächenzellen als ein Prozentanteil des Schaumvolumens (durch ASTM D-2856).
³ Gehalt an offenen Zellen des Schaumkörpers, "lochgestanzt in 10 mm Abständen in Prozent.
&sup4; Gehalt offener Zellen des Schaumkörpers, lochgestanzt in 5 mm Abständen in Prozent.
&sup5; Gehalt offener Zellen des Schaumkörpers, lochgestanzt in 4 mm Abständen in Prozent
&sup6; Gehalt offener Zellen des Schaumkörpers, lochgestanzt in 3 mm Abständen in Prozent
Die Daten zeigten deutlich, dass es um so einfacher war offene Zellen durch Lochstanzen zu entwickeln, je größer die Zellen waren. Um eine Mehrheit der Zellen zu durchstanzen, musste der Lochabstand nicht gleich oder kleiner als die Zellgröße sein. Da das Stanzen von Löchern mit einer größeren Dichte teurer war, war ein Schaum mit der größeren Zellgröße bevorzugt. Das Stanzen von einem Loch je cm² wird kommerziell an verschiedenen Schäumen mit einer Zellgröße von weniger als 2 mm praktiziert. 4 Löcher je cm² können leicht angebracht werden. Das Stanzen von mehr als 4 Löchern je cm² mag nicht unmöglich sein, es ist jedoch in der Praxis schwierig. Außerdem hatte die Probe eines makrozellulären Schaumes (z. B. PEF1 und PEF2) ohne Lochstanzen schon eine große Menge an offenen Zellen entwickelt. Viel des hohen Offenzellgehaltes kommt von den geschnittenen Oberflächenzellen der Probe. Z. B. wuchsen die geschnittenen Zellen an der Oberfläche von PEF2 wuchsen auf ungefähr 59% aus der Gesamtmenge von 77% Gehalt an Offenzellen des Schaumes an.

Test 2

Kompressionstest

Der Schaum PEF1 aus Beispiel 1 wurde zuerst mit einer Nadel mit 2 mm Durchmesser in einem quadratischen Muster mit 5 mm · 5 mm gestanzt. Der gestanzte Schaum hatte einen Gehalt an offenen Zellen von ungefähr 93,5 (wie durch ASTM D-2856, Prozedur C bestimmt wurde). Eine Schaumprobe von 11 cm · 11 cm Querschnitt und 7 cm in der Dicke wurde aus dem Schaumbrett ausgeschnitten und unter Verwendung einer Presse in der Richtung der Dicke komprimiert, bis die Dicke 5 mm geworden war. Während der Kompression wurde ein ploppender Klang gehört, welcher auf das Zellbrechen hinwies. Der Gehalt an offenen Zellen des Schaumes stieg auf 96,7% an, was nahe dem maximal möglichen Gehalt an offenen Zellen des Schaumes liegt (welches bei ungefähr 97% liegt). Offensichtlich waren die meisten der verbliebenen geschlossenen Zellen durch die Kompression aufgeplatzt.

Test 3

Luftflusstest

Dieser Test zeigte, dass längere Flusskanäle einfacher gebildet wurden, indem Löcher in einen Schaum mit größeren Zellen gestanzt werden, als in einen Schaum mit kleineren Zellen. Der Apparat, der in diesem Test verwendet wurde, war ein Luftflusstester, ähnlich denen, die in ASTM D- 3574 und ISO 9053 (Methode A) beschrieben sind. Er bestand aus einem Luftkolben mit einem Innendurchmesser von 10 cm, der durch einen Antrieb eines Instron-Testers angetrieben wurde, einem Probenhalter, hergestellt aus einem Plastikrohr mit einem Innendurchmesser von 7 cm und einem Deckel, einem Wassermonometer und ausgesuchten Verbindungsröhren. Es wurde mit einer festgesetzten Rate Luft durch eine Probe gepumpt, die in die Halterung eingelegt war, und der Druckabfall durch die Probe wurde unter Verwendung des Manometers gemessen.
Es wurden in der Praxis drei Schäume mit unterschiedlichen Zellgrößen für diesen Test ausgewählt: Zwei Ethylenschäume, die in Beispiel 1 hergestellt wurden, PEF4 und PEF5, und ein Polypropylenschaum. Der Polypropylenschaum war ein ineinandergelaufener Strangschaum, hergestellt auf einer Schaumextrusionsanlage, die eine ähnliche Konfiguration hatte wie die in Beispiel 1, wobei eine Düse mit einer Vielzahl von Löchern verwendet wurde. Der Polypropylenschaum (PPF) hatte eine Zellgröße (3D Durchschnitt) von ungefähr 0,4 mm, eine Dichte von ungefähr 17 kg/m² und einen Gehalt an offenen Zellen von 84 (ASTM D- 2856, Verfahren A). Die Schäume wurden parallel zu der Extrusionsrichtung in 35 mm dicke Scheiben geschnitten. Eine runde Probe mit 6,4 cm Durchmesser wurde aus der Scheibe herausgeschnitten und in den Probenhalter eingesetzt. Es wurde ein Abdichtungsmaterial verwendet, um die Ecken gegen die Röhrenoberfläche zu versiegeln. Zunächst wurde der Druckabfall durch die Probe bei einer niedrigen Luftrate (bei einer Kolbengeschwindigkeit in der Größenordnung von 1 bis 1,5 mm je Minute) gemessen, um ein gutes Abdichten an den Ecken zu sichern und den Luftflusswiderstand des frisch hergestellten Schaumes zu bestimmen. Dann wurde durch die Schaumprobe mit einer Nadel mit vorbestimmten Durchmesser ein Loch gestanzt und der Druckabfall bei einer geeigneten Flussrate wurde gemessen. Die Prozedur wurde fortgesetzt, bis neun Löcher in die Probe gestanzt waren. Der Luftfluss je Loch wurde aus dem Gefalle der Regressionslinie zwischen dem Luftfluss je Einheit Druckgradient (Druckabfall/Dicke der Probe) und der Anzahl der Löcher berechnet. Der Luftfluss weist darauf hin, wie gut Luft durch ein Loch fließt. Die Luftflussdaten für die Schaumproben, die mit 2, 3 und 4 mm Nadeln gestanzt waren, sind in Tabelle III als Einheiten von m&sup4;/Gpa·s (m3 je Gigapascal/Meter je Sekunde) zusammengefasst. Für eine festgesetzte Nadel große entwickelte der Schaum mit größeren Zellen Löcher mit höherem Luftfluss als der Schaum mit kleineren Zellen. Außerdem entwickelte die größere Nadel für alle Schäume die Löcher mit höherem Luftfluss als die kleinere Nadel. Der Effekt der Nadel große auf den Luftfluss war größer bei einem Schaum mit der größeren Zellgröße. Tabelle III
* kein Beispiel dieser Erfindung.
¹ Luftfluss durch ein Loch, das mit einer 2 mm Nadel durch den Schaumkörper gestanzt ist.
² Luftfluss durch ein Loch, das mit einer 3 mm Nadel durch den Schaumkörper gestanzt ist.
³ Luftfluss durch ein Loch, das mit einer 4 mm Nadel durch den Schaumkörper gestanzt ist.

Test 4

Vergleich des Luftflusswiderstandes und der Klangabsorption durch Schäume mit variierender Zellgröße

Der Apparat, der in diesem Beispiel verwendet wird, ist eine Modell 4206 akustische Impedanzröhre und ein Modell 3555 Signalanalysator, beide bereitgestellt durch Brueel und Kjaer A/S, Naerum, Dänemark. Dieser Apparat wird verwendet, um einen normalen Einfalls-Klangabsorptionskoeffizienten eines Schaumes entsprechend der Methode, die in ASTM E-1050 beschrieben ist, zu messen. In der Praxis wurden Proben von 29 mm im Durchmesser und 35 mm in der Dicke aus den Schäumen herausgebohrt, die in Test 3 verwendet wurden. Es wurden 7 Löcher in eine Probe in der Richtung der Dicke gestanzt, wobei eine Nadel eines gewählten Durchmessers verwendet wurde. Die Löcher waren ungefähr gleichmäßig im Abstand in einem dreieckigen Muster, wobei eins von denen in dem Zentrum gestanzt wurde und der Rest an den Ecken eines Hexagons mit 9 mm langen Seiten. Die Lochdichte wird als ungefähr 1,06 Löcher je cm³ berechnet. Es wurden Nadeln mit 2, 3 und 4 mm Durchmessern verwendet. Der frisch hergestellte Schaum ohne Löcher wurde ebenfalls als Vergleich getestet. Der spezifische Luftflusswiderstand der Proben der lochgestanzten Schäume wurde aus dem Luftfluss je Loch berechnet, wie es in Tabelle III gezeigt ist. Der spezifische Luftflusswiderstand der frisch hergestellten Schäume wurde direkt gemessen. Der spezifische Luftflusswiderstand und die Klangabsorptionskoeffizienten sind in Tabelle IV zusammengefasst. Tabelle IV
* kein Beispiel dieser Erfindung.
¹ Die Größe der Nadel, die verwendet wurde, um die Löcher zu stanzen.
² Spezifischer Flusswiderstand der 35 mm dicken Probe, gemessen in 1000 Rayls.
³ Klangabsorptionskoeffizient bei einer Frequenz von 500 Hz, bestimmt durch ASTM E-1050.
&sup4; Klangabsorptionskoeffizient bei einer Frequenz von 1000 Hz, bestimmt durch ASTM E-1050.
&sup5; Klangabsorptionskoeffizient bei einer Frequenz von 2000 Hz, bestimmt durch ASTM E-1050.
&sup6; Der maximale Klangabsorptionskoeffizient bei einer Frequenz unterhalb von 1600 Hz; NE = nicht existent.
&sup7; Die Frequenz, bei der maximale Absorption erfolgt.
Alle frisch hergestellten Schäume haben einen sehr hohen spezifischen Luftflusswiderstand und das Lochstanzen reduziert dramatisch den Luftflusswiderstand. Nochmals, je größer die Zellen sind, die der Schaum hatte, und je größer die verwendeten Nadeln sind, desto größer ist die Reduktion im spezifischen Luftflusswiderstand. Die frisch hergestellten Schäume absorbieren Klang nur in geringem Maß. Die lochgestanzten Schäume absorbieren Klang klar besser als die frisch hergestellten Schäume. Im allgemeinen ist es so, dass, je kleiner der spezifische Luftflusswiderstand, desto größer war der Klangabsorptionskoeffizient, den der Schaum hatte. Die Klangabsorptionskurven der lochgestanzten Schäume sehen im allgemeinen so aus, wie die, die in Fig. 5 gezeigt sind, worin Schäume verglichen sind, die mit einer Nadel mit 3 mm Durchmesser gestanzt sind. Die Klangabsorptionskurve geht durch ein Maximum bei einer Frequenz unterhalb von 1000 Hz, fällt ab und geht dann durch verschiedene Buckel in dem Messfrequenzbereich von 6400 Hz. Da die Klangabsorptionscharakteristika unterhalb von 2000 Hz, und noch entscheidender die unterhalb von 1000 Hz, von primärer Wichtigkeit sind, sind diese Daten in Tabelle IV und in Fig. 5 dargestellt. In Fig. 5 absorbiert der großzellige PEF4-Schaum (Test Nr. 4.3) den Klang wesentlich besser als der kleinzellige PEF5 (Test Nr. 4.7) und PPF (Test Nr. 4.11), obwohl die Schaumproben mit derselben Nadel bis zu einer gleichen Lochdichte gestanzt wurden. Der Unterschied in der Fähigkeit zur Klangabsorption kommt nicht all eine von dem Unterschied in dem spezifischen Luftflusswiderstand. Z. B. absorbierte der Schaum PEF5, der mit einer 4 mm Nadel gestanzt war, den Klang wesentlich schlechter als der Schaum PEF4, der mit einer 3 mm Nadel gestanzt war, obwohl der zuerst genannte den niedrigeren spezifischen Luftflusswiderstand hatte, als der letztgenannte. Aus Test 1 kann gefolgert werden, dass der größerzenllige Schaum mehr seines Volumens durch das Lochstanzen geöffnet sieht als der kleinerzellige Schaum.

Test 5

Vergleich des Gehaltes an offenen Zellen und der Klangabsorption unter Schäumen mit großer Zellgröße

Der Effekt des Raumschaffens durch ein Loch auf die Klangabsorption und der Gehalt an offenen Zellen wurde in diesem Test untersucht. Die großzelligen Schäume, wie sie in Beispiel 1 hergestellt wurden, frisch hergestellt und lochgestanzt, wurden dem Klangabsorptionstest, wie in Test 4, unterworfen. Die Proben waren die gleichen wie sie in dem Offenzelltest in Beispiel 1 verwendet wurden, mit der Ausnahme, dass deren Längen auf ungefähr 35 mm verkürzt waren. Die Daten sind in Tabelle V zusammengefasst. Tabelle V
ND = nicht bestimmt
Kein = keine gestanzten Löcher (frisch hergestellter Schaum).
¹ Der Abstand zwischen den Löchern in einem quadratischen Muster.
² Der Gehalt an offenen Zellen, wie durch ASTM D-2856, Prozedur C, bestimmt; dieselben Daten wie in Tabelle I.
³ Der Klangabsorptionskoeffizient bei 500 Hz, bestimmt durch ASTM D-1050.
&sup4; Der Klangabsorptionskoeffizient bei 1000 Hz, bestimmt durch ASTM D-1050
&sup5; Der Klangabsorptionskoeffizient bei 2000 Hz, bestimmt durch ASTM D-1050
&sup6; Der maximale Klangabsorptionskoeffizient bei einer Frequenz unterhalb von 1600 Hz.
&sup7; Die Frequenz, bei der maximale Absorption eintritt.
Alle Schäume zeigten eine Fähigkeit zur aktiven Klangabsorption. Überraschenderweise wiesen die frisch hergestellten großzelligen Schäume exzellente Fähigkeiten zur Klangabsorption auf (Test Nr. 5.1 und 5.6). Die vollständigen Absorptionskurven dieser Schäume und des frisch hergestellten PEF4-Schaumes (Test Nr. 4.1) sind in Fig. 6 verglichen. Die überlegenen Fähigkeiten zur Klangabsorption der großzelligen Schäume sind in Fig. 6 offensichtlich. Es wurde gefolgert, dass die Zellen, die an den Oberflächen der Schaumproben aufgeschnitten worden sind, zu den besonderen Klangabsorptionseigenschaften der Schäume beitragen. Im Falle des makrozellulären PEF2 absorbierte der frisch hergestellte Schaum den Klang besser als der lochgestanzte Schaum, und die Fähigkeit zur Klangabsorption neigt dazu, sich zu verschlechtern, wenn die Lochdichte für Löcher, die mit einer 2 mm Nadel gestanzt wurden, erhöht wurde. Dieser Trend ist in Fig. 7 noch besser zu sehen. Die Klangabsorption wurde sowohl durch den Gehalt an offenen Zellen, wie auch durch den spezifischen Luftflusswiderstand beeinflusst. Es ist bekannt, dass ein zu niedriger spezifischer Luftflusswiderstand für die Klangabsorption schädlich ist. Dies bietet eine Erklärung an, warum die Klangabsorption abnahm, wenn die Lochdichte erhöht wurde. Eine offensichtliche Umkehr dieses Trendes mit 3 mm lochgestanztem Schaum entsprach wahrscheinlich der Verwendung einer kleineren Nadel (1,5 mm Durchmesser). In PEF3 ergab die Schaumprobe, die mit 10 mm Abständen lochgestanzt war, die beste Klangabsorption (Test Nr. 5.7). In PEF4, der eine relativ kleine Zellgröße hatte, absorbierte eine Schaumprobe mit Löchern in 5 mm Abständen (Test Nr. 5.12) den Klang etwas besser als eine mit Löchern in 10 mm Abständen (Test Nr. 5.11).

Test 6

Die Wirkung eines gegenüberstehenden Filmes auf die Klangabsorption

Der Effekt einer Oberflächenschicht und eines daran angelagerten Filmes auf die Klangabsorptionseigenschaften der lochgestanzten PEF2- Schaumproben wurde in diesem Test untersucht. Ein adhäsiver Film mit der Marke DAF 899 (kommerziell erhältlich von der Dow Chemical Co.) wurde als Oberflächenschicht für die Schaumprobe verwendet. Der Film war hergestellt aus PRIMACORE* 3330 Ethylen/Acrylsäurecopolymer (Handelsmarke der Dow Chemical Co.). Der Film mit ungefähr 37 um Dicke wurde auf die Oberfläche einer Schaumprobe aufgebügelt, deren Oberflächenschichten entfernt worden waren. Das Bügeleisen war mit einer Teflon Tetrafluorethylenfluorcarbonpolymer (Handelsmarke von DuPont de Nemours Co.)-Schicht bezogen, um zu verhindern, dass der Film an das Bügeleisen anklebt. Beide Schäume, gestanzt in 10 mm und 5 mm Abstand, wurden für die Tests dieses Beispiels verwendet. Die mit Filmen versehenen Proben wurden mit denen verglichen, deren Oberflächenschichten entfernt waren. In dem Falle der Schaumprobe mit Löchern, die in 10 mm Abständen gestanzt waren, schloss der Test eine Probe ein, auf der die Außenschicht auf einer Seite belassen wurde. Die Dicke aller Proben wurde bei 35 mm festgesetzt und die Klangabsorptionskoeffizienten der Proben wurden bestimmt, wobei die Oberfläche mit dem Film oder der Außenschicht in Richtung auf die Klangquelle zeigte. Die Ergebnisse dieser Klangabsorptionstests sind in Tabelle VI und Fig. 8 aufgezeigt, worin die Ergebnisse der Tests 6.4 und 6.5 verglichen sind: Tabelle VI
¹ Der Abstand zwischen den Löchern in einem quadratischen Muster in mm
Wie es in der Tabelle und in Fig. 8 gezeigt ist, verbesserte das Aufbringen des Filmes die Klangabsorptionseigenschaft des Schaumes bei niedrigen Frequenzen dramatisch. Im Falle der Schaumprobe, die in 5 mm Abständen lochgestanzt war, verstärkte der Film die Klangabsorption in dem vollständigen Frequenzbereich unterhalb von 1000 Hz.

Test 7

Klangisolierungsverhalten eines Profil-Einsatzes in W-Form mit niedriger Steifheit

In diesem Test wurde das Klangisolierungsverhalten von Schäumen mit gestanzten Löchern als ein Einsatz für eine doppelschichtige Trennwand untersucht. Die Klangtransmissionstests wurden in einem CEBTP-Labor durchgeführt. Die Anlage zur Klangtransmissionsreduktion bei CEBTP hatte eine Quelle mit einem Volumen von 55 m³ und einen Raum zum Empfangen von 51 m³. In der Mitte der trennenden Wand von 36 cm Dicke war eine Öffnung mit 0,96 m in der Weite, 1,96 m in der Dicke und 12 cm in der Tiefe bereitgestellt, wenn es von dem Quellenraum aus gesehen wurde. Das Loch war bei dem Rest der Wanddicke, wo das Testpaneel installiert werden sollte, auf eine Größe von 1,08 m · 2,06 m vergrößert. Ein Paneel von 1,05 · 2,05 m Größe wurde in der Öffnung installiert. Der Verlust an Klangtransmission durch das in der Öffnung installierte Paneel wurde durch eine Methode, die in ISO R 717-1968 beschrieben ist, gemessen und berechnet.
In der Praxis wurden langzellige Polyethylenschäume, die in Beispiel 1 hergestellt wurden, in einem ausgewählten Lochmuster mit einer ausgewählten Nadel, wie es in Tabelle VII gezeigt ist, gestanzt. Ein akustischer Polyurethanschaum wurde ebenfalls in den Test als Vergleich einbezogen. Die Schäume wurden in eine Konfiguration mit niedriger Steifheit (W) in Profil gebracht, wie es in dem Bereich mit den Fußnoten in Tabelle VII gezeigt ist. Ein gerader Einsatz (I) wurde ebenfalls für einen Schaum zu Vergleichszwecken getestet. In diesem Beispiel wurden als die Oberflächenschichten für alle Paneele gepresste Holzlagen mit einer Dicke von 13 mm verwendet. Die Paneele wurden unter Verwendung eines kommerziellen Paneelleimes zusammengesetzt. Die peripheren Hohlräume zwischen der Wand und der Ecke der Probe wurden mit einem Fiberglas ausgefüllt und dann mit einem Dichtungsmaterial versiegelt. Tabelle VII
* Kein Beispiel dieser Erfindung.
¹ W = Einsatz mit einem 35 nun dicken Schaumkern, unterstützt durch 40 mm breite und 7 min dicke Streifen im Abstand von 337 mm (Abstand zwischen den mittleren Punkten der Streifen auf derselben Seite), alternierend auf der gegenüberliegenden Seite, in Kontakt mit den Oberflächenschichten (s. Fig. 11).
I = ein gerader Plattenkern mit 54 mm Dicke (s. Fig. 9).
² Durchmesser der Nadel, die verwendet wurde, um die Löcher zu stanzen, in mm.
³ Abstand zwischen den gestanzten Löchern in einem quadratischen Muster in mm.
&sup4; Gehalt offener Zellen in %, wie durch ASTM D-2856, Prozedur C bestimmt, mit einer zylindrischen Probe von 45 mm Durchmesser und 35 mm Länge.
&sup5; Klangreduktionsindex, gemessen bei CEBTP in DeciBells (A).
Die Daten des Klangtransmissionsverlustes durch die Paneele sind in Bezeichnungen von A-gewichtigen Klangreduktionsindices für ein pinkes Geräusch zusammengefasst. Die Daten sind in der allgemeinen Ordnung der Zellgröße, Nadel große und der Lochdichte angeordnet. Eine Untersuchung der Daten offenbarte die Parameter, die das Klangisolierungsverhalten beeinflussen: die Konfiguration des Einsatzes; der Schaumtyp; der Gehalt an offenen Zellen und der Luftflusswiderstand (die Lochdichte und die Größe der Nadeln). Schaumkerne mit der Kernkonfiguration (W) mit niedriger Steifheit lieferten eine viel bessere Klangisolierung als eine gerade Konfiguration (I) (vgl. Tests 7.2 und 7.14). Unter den lochgestanzten Schäumen mit der W-Konfiguration hatte der Gehalt an offenen Zellen den größten Einfluss auf die Klangisolierung, gefolgt vom Luftflusswiderstand. PEF2 Schaumprofile, die so lochgestanzt waren, dass sie mehr als 90% offene Zellen hatten, lieferten einen Klangreduktionsindex (SRI) zwischen 42 und 43 dB(A). Das Verhalten war ziemlich befriedigend, wobei es ein wenig geringer war als das eines Polyurethanschaumes. Schaumproben, die aus PEF2, PEF3 und PEF4 Schäumen gemacht wurden, enthaltend 67-82% offene Zellen, zeigten einen SRI in dem Bereich von 40,0 bis 41,2 dB(A). PEF4 Proben, lochgestanzt in einem Muster mit 10 mm · 10 mm, hatten einen Offenzell-Gehalt von 52-55% und einen knappen SRI in dem Bereich von 37,6 bis 39,1 dB(A). Unter diesen ergab eine Probe, die mit der großen Nadel lochgestanzt war, das größere Klangisolierungsverhalten. Der kleinzellige PEF5 zeigte ein unbefriedigendes 36,6 dB(A) Verhalten.

Test 8

Klangisolierungsverhalten eines Profilseinsatzes in U-Form mit niedriger Steifheit

In diesem Test wurde ein PEF2 Schaum, der mit einer 2 mm Nadel in einem 5 mm · 5 mm Muster lochgestanzt war, in ein anderes Schaumprofi 1 mit niedriger Steifheit geschnitten, wie es gezeigt ist in der Fußnote von Tabelle VIII, und als ein Einsatz für ein doppelschichtiges Paneel ausgetestet. Die Konfiguration (U) bestand aus einer 42 mm dicken geraden Schaumplatte, die Abstützungen von 40 mm Breite und 7 mm Dicke an den Enden hatte. Das Klangisolierungsverhalten des U-förmigen Schaumkernes wurde durch dasselbe Verfahren getestet, wie in Test 6. Die Daten sind in Tabelle VIII zusammengefasst. Tabelle VIII
¹ 1,05 m breiter Einsatz mit der Form, wie in Fig. 10 gezeigt, mit einem Schaumkörper von 42 mm in der Dicke und zwei Stützen von 40 mm weite und 7 mm Dicke an den Enden.
² Durchmesser der Nadel, die verwendet wurde, um die Löcher zu stanzen, in mm.
³ Abstand zwischen den Löchern, die in einem quadratischen Muster gestanzt wurden, in mm.
&sup4; Gehalt an offenen Zellen in Prozent, bestimmt durch ASTM D-2856. Prozedur C, mit einer zylindrischen Probe von 45 mm Durchmesser und 35 mm Länge.
&sup5; Klangreduktionsindex, gemessen bei CEBTP.
Wie gezeigt, lieferte der lochgestanzte makrozelluläre Schaum ein befriedigendes Klangisolierungsverhalten, wenn er als ein U-Profil in einem doppelschichtigen Paneel eingesetzt wurde.

Test 9

Wasserabsorption

Eine 12 cm · 12 cm · 3,5 cm Probe wurde aus dem lochgestanzten Polyethylenschaum, wie er in Test 8 verwendet wurde, ausgeschnitten, und in klares Wasser aus dem Wasserhahn für ungefähr 30 Sek. eingetaucht. Die Probe wurde aus dem Wasser herausgenommen und gewogen, nachdem das Oberflächenwasser abgetropft war. Es wurde gefunden, dass die Probe 10,5 · mehr wog als die Probe vor dem Wasseraufsaugen. Das Wasser konnte einfach aus der Probe herausgedrückt werden. Die Testergebnisse weisen darauf hin, dass solch ein lochgestanzter makrozellulärer Schaum verwendet werden kann, um Materialien herzustellen, die eine Wasserabsorption erfordern, wie z. B. in einem Reinigungsbausch.

Test 10

Imprägnierung mit einem Feuerverzögerungsmittel

Es wurden Schaumproben von ungefähr 31 cm · 53 cm · 1,25 cm aus dem lochgestanzten Schaum, wie er in Test 8 verwendet wurde, hergestellt. Eine 30%ige wässerige Lösung eines Feuerverzögernden Materials, bereitgestellt von Norfire AS aus Norwegen, wurde hergestellt. Das patentrechtlich geschützte Feuerverzögerungsmittel war so gekennzeichnet, dass es 12-15% Ammoniumsulfat, 1-4% jeweils von Natriumtetraboratdecahydrat, Natriumchlorid und Natriumphosphat enthielt. In der Praxis wurde eine Schaumprobe in die Lösung des Feuerverzögerungsmittels eingetaucht, das in einer flachen Schale enthalten war. Es wurde beobachtet, dass die Schaumprobe die Lösung des Feuerverzögerungsmittels schnell absorbierte. Die Probe behielt das meiste der Lösung in sich absorbiert, als sie aus der Lösung herausgenommen wurde. In Test Nr. 10.3 wurde die Lösung aus der Schaumprobe herausgedrückt. Die mit Lösung imprägnierten Proben wurden gewogen, für vier Stunden bei Raumtemperatur getrocknet und dann in einem Ofen bei 60º über Nacht gehalten. Die Gewichte der Schaumproben wurden während des Trocknens überwacht. In den Tests Nrn. 10.2 und 10.3 wurden die Kristalle des Feuerverzögerungsmittels, die lose an der Oberfläche der Schaumproben hingen, abgekratzt und das letztlich verbliebene Feuerverzögerungsmittel in dem Schaum wurde bestimmt. Die Schaumproben wurden einem limitierenden Sauerstoff-Indextest (LOI) ausgesetzt. Wie es in Tabelle IX gezeigt ist, absorbieren die Schaumproben große Mengen der Lösung und das Wasser trocknet aus dem offenzelligen Schaum mit relativer Leichtigkeit heraus. Es ist gezeigt, dass die Probe, aus der die Lösung herausgedrückt worden war (Test Nr. 10.3) das meiste absorbierte Wasser während 6stündigem Trocknen (4 Std. bei Raumtemperatur und 2 Std. bei 60ºC) verliert. Die mit einem Feuerverzögerungsmittel imprägnierten Schäume weisen relativ hohe LOIs auf. Tabelle IX
¹ Nein = die Lösung wurde nicht herausgedrückt; Ja = die Lösung wurde nach dem Auftragen ausgedrückt.
² Menge an absorbierter Lösung in 1 g an Schaumkörper.
³ Menge an Lösung, die in 1 g Schaumkörper nach dem Trocknen für 4 Std. bei einer Umgebungstemperatur verbleibt.
&sup4; Menge der Lösung, die in 1 g eines Schaumkörpers nach dem Trocknen für 2 Std. bei 60º verbleibt.
&sup5; Menge der Lösung, die in 1 g eines Schaumkörpers nach dem Trocknen für 4 Std. bei 60º verbleibt.
&sup6; Menge der Lösung, die in 1 g eines Schaumkörpers nach dem Trocknen für 16 Std. bei 60º verbleibt.
&sup7; Endmenge des festen Feuerverzögerungsmittel, das in 1 g eines Schaumkörpers zurückbehalten wird, nach dem Abschaben.
&sup8; Limitierender Sauerstoffindex: minimale Konzentration an Sauerstoff, ausgedrückt als Volumen% in einer Mischung von Sauerstoff und Stickstoff, die gerade das lodernde Verbrennen eines Materials initial bei Raumtemperatur unter den Bedingungen dieses Testes unterstützt.

Beispiel 2

Der Apparat, der in diesem Beispiel verwendet wird, ist eine kommerzielle Schaumextrusionsanlage mit im wesentlichen der gleichen Anordnung wie in Beispiel 1 verwendet. In diesem Beispiel wurden drei zusätzliche makrozelluläre Polyolefinschäume aus einem Polyethylenharz mit niedriger Dichte und einer Mischung des Harzes mit einem Ethylen- Styrol-Interpolymer-(ESI)-Harz hergestellt. Das Polyethylenharz hatte einen Schmelzindex von 1,8 dg/Min, (bei 190ºC/2,16 kg) und eine Dichte von 0,923 g/cm³. Das ESI-Harz, das verwendet wurde, war das mit der Marke INDEX DS 201, hergestellt von der Dow Chemical Co. unter Verwendung eines geometrisch gezwungenen Katalysators. Das ungefähr 70/30 Styrol/Ethylen-Copolymerharz hat einen Schmelzindex (bei 190ºC/2,16 kg) von 1,1. Die Schäume wurden aus einem 70/30 Gemisch des Polyethylenharzes und des ES-Copolymerharzes, ebenso wie aus dem Polyethylenharz hergestellt.
Das Schaumexpansionsverfahren war im wesentlichen das gleiche wie in Beispiel 1. Die Schäume, die in diesem Beispiel hergestellt wurden, sind in Tabelle X aufgelistet. Es wurde Isobutan als das Treibmittel bei 9,13 pph zur Herstellung all der Schäume verwendet, wie in Beispiel 1 wurde eine kleine Menge an Glycerolmonostearat zur Kontrolle der dimensionalen Stabilität des Schaumes zugegeben. Zur Herstellung des Polyethylenschaumes (PEF6) und des ESF1 PE/ESI-Gemischschaumes wurde eine kleine Menge Talg in einer konzentrierten Form (50 Talg in dem gleichen Polyethylen) für die Kontrolle der Zellgröße zugegeben. Die effektive Talgmenge war 0,068 pph für den PEF6-Schaum und 0,034 pph für den ESF1. In ESF2 wurde kein kernbildendes Mittel zugegeben.
Die beiden ESF1 und ESF2-Schäume wurden aus demselben 70/30-Gemisch von Polyethylen und ESI-Harz hergestellt. Eine kleine Menge (0,05 pph) eines Antioxandanz (Irganox 1010 von Ciba Geigy Corp.) wurde in alle drei Schäume eingearbeitet. Bei einer Kühlzonentemperatur von ungefähr 110ºC und einer Düsentemperatur von 111ºC stellten alle drei Formulierungen Schäume mit exzellenter Qualität her. Die Querschnittsgrößen der Schäume waren ungefähr 60 mm in der Dicke und 620 mm in der Breite. Wie es in Tabelle X gezeigt ist, haben die Schäume eine Dichte von ungefähr 29 bis 30 kg je m³ und eine große Zellgröße. Die durchschnittliche Zellgröße reicht von 5,6 bis 6,7 mm. Tabelle X

Fußnoten

(1) bis (5) = dasselbe wie in Tabelle I

Test II

Die Entwicklung von offenen Zellen durch Lochstanzung und Kompression

Die Schäume wurden in Platten mit 35 mm Dicke aufgespalten und es wurden Löcher in 10 mm und 5 mm Abstand mit einer Nadel mit 2 mm Durchmesser gestanzt. Proben mit zylindrischer Form mit einem Durchmesser von 45 mm wurden aus den Platten herausgebohrt. Eine der Proben mit Lochabständen von 5 mm wurde auf 95% ihrer Dicke komprimiert, um mehr offene Zellen zu entwickeln. Alle komprimierten Schäume dehnten sich wieder gut aus bis nahe zu ihrer originalen Dicke. Offene Zellen wurden unter Verwendung der zylindrischen Proben mit 45 min Durchmesser und 35 mm Dicke bestimmt. Die Gehalte an offenen Zellen wurden durch ASTM D-2856, Prozedur C, bestimmt. Wie in Tabelle XI gezeigt, wurde der gewünschte hohe Grad an offenen Zellen durch Lochstanzen entwickelt. Da das Lochstanzen bei 5 mm Abständen bereits Gehalte an offenen Zelten im Bereich von 92-95% liefert, war die weitere Entwicklung von offenen Zellen durch Kompression gering, wie bereits vorher gesagt, entwickelte ESF1, das etwas geringere Zellen hat, als der Rest, etwas weniger offene Zellen. Tabelle XI
(1) Gehalt an offenen Zellen des Schaumkörpers, lochgestanzt in 10 min Abständen in Prozent.
(2) Gehalt an offenen Zellen des Schaumkörpers, lochgestanzt in 5 mm Abständen in Prozent
(3) Gehalt an offenen Zellen des Schaumkörpers, lochgestanzt in 10 mm Abständen und dann komprimiert auf 95 der ursprünglichen Dichte in Prozent

Test 12

Mechanische und Vibrationsdämpfungs-Eigenschaften

Die mechanischen und Vibrationsdämpfungs-Eigenschaften der lochgestanzten Schäume wurden bestimmt, um die Eignung der Schaummaterialien zur Verwendung als ein Einsatz in einem Sandwich- Paneel zu kennen. Die dynamische Steifheit und der Verlustfaktor wurden unter Verwendung eines Vibrationstisches bestimmt. Eine scheibenförmige Schaumprobe von 10 cm im Durchmesser und 35 cm Dicke wurde auf einen Vibrationstisch montiert. Auf dem oberen Ende der Probe wurde ein Teil einer runden Spanplatte desselben Durchmessers aufgebracht. Das Oberflächengewicht der Spanplatte war ungefähr 10 kg/m². Unter dem Tisch war ein Beschleunigungsmesser angebracht und der andere auf der oberen Oberfläche des Spanplattengewichtes. Der Tisch wurde vertikal in beliebigen Frequenzen geschüttelt und die Resonanzfrequenz und die Dämpfungsrate wurde von den Beschleunigungsmesssignalen bestimmt, indem ein Brueel und Kjaer-Modell 3555 Signalanalysator, wie er in Test 4 verwendet wurde, verwandt wurde. Die dynamische Steifheit wurde aus der Resonanzfrequenz und der Verlustfaktor aus der Dämpfungsrate berechnet. Die mechanischen und Vibrationseigenschaften der Schäume sind in Tabelle XII wiedergegeben. Tabelle XII
Fußnote: ND = nicht bestimmt
(1) Der Abstand zwischen den Löchern in dem quadratischen Muster
(2) Kompressionsstärke in vertikaler Richtung in KiloPascal, bestimmt durch ASTM D-3575.
(3) Kompressionsmodulus in vertikaler Richtung in KiloPascal, bestimmt durch ASTM D-3575.
(4) Reißfestigkeit in vertikaler Richtung in KiloPascal, bestimmt durch ASTM D-3575.
(5) Zugmodul in vertikaler Richtung in KiloPascal, bestimmt durch ASTM D-3575.
(6) Zugverlängerung in vertikaler Richtung in Prozent, bestimmt durch ASTM C-3575.
(7) Dynamische Steifheit in MegaNewton je m³, bestimmt mit einer 35 mm dicken Schaumprobe mit einem Oberflächengewicht von 10 kg/m².
(8) Verlustfaktor, bestimmt unter denselben Bedingungen wie für die Bestimmung der dynamischen Steifheit.
Wie in der Tabelle gezeigt, haben die Schäume eine geeignete Kompressionsstärke und Zugwiderstandskraft zur Verwendung als eine Einlage in einem Sandwich-Paneel, wie bereits zuvor gesagt, macht das Einarbeiten des ESI-Harzes den Schaum weicher. Die PE/ESI gemischten Schäume waren zäher, wie durch die größere Elongation angezeigt wird. Das Stanzen von Löchern mit einer höheren Dichte als 5 mm Abständen führt zu einer geringeren Reduktion der Kompressionsstärke. Es wurde gezeigt, dass die höhere Stanzlochdichte einen größeren Einfluss auf die dynamische Steifheit hat. Vorteilhafterweise war die dynamische Steifheit in einem größeren Ausmaß reduziert als die Kompressionsstärke. Alle Schäume wiesen gute Dämpfungscharakteristika mit Verlustfaktoren im Bereich von 0,35 bis 0,48 auf. Wie von dem hoch dämpfenden ESI-Harz erwartet wurde, hatten die PE/ESI gemischten Schäume im allgemeinen höhere Verlustfaktoren als der PE-Schaum, der Unterschied zwischen den Schäumen mit Löchern in 10 mm Abständen war jedoch gering. Interessanterweise sahen die PE/ESI gemischten Schäume einen vorteilhaften Anstieg des Verlustfaktors, wenn mehr Löcher gestanzt waren. Im Gegensatz dazu erfuhr der PE-Schaum einen Abfall des Verlustfaktors, je mehr Löcher darin eingestanzt wurden.

Test 13

Klangabsorptionskoeffizient

Die Klangabsorptionskoeffizienten der lochgestanzten makrozellulären Schäume wurden durch ASTM E-1050 unter Verwendung des Apparates, wie in Test 4 beschrieben, gemessen. Wie in Tabelle XIII gezeigt ist, hatte die Polymerzusammensetzung einen geringen Effekt auf die Klangabsorptionsfähigkeit des Schaumes. Wie zuvor beobachtet, verschlechtert eine höhere Lochdichte die Fähigkeit zur Klangabsorption. Das gute Klangabsorptionsverhalten eines makrozellulären Schaumes wurde noch einmal durch die Schäume, die mit 10 mm Abständen gelocht waren, erwiesen. Tabelle XIII

Fußnoten

(1) Der Abstand zwischen den Löchern in einem quadratischen Muster in nun.
(2) Klangabsorptionskoeffizient bei einer Frequenz von 250 Hz, bestimmt durch ASTM E-1050.
(3) Klangabsorptionskoeffizient bei einer Frequenz von 500 Hz, bestimmt durch ASTM E-1050
(4) Klangabsorptionskoeffizient bei einer Frequenz von 1000 Hz, bestimmt durch ASTM E-1050
(5) Klangabsorptionskoeffizient bei einer Frequenz von 2000 Hz, bestimmt durch ASTM E-1050
(6) Der maximale Klangabsorptionskoeffizient bei einer Frequenz unterhalb von 1600 Hz.
(7) Die Frequenz, bei der ein Maximum auftritt.

Claims

1. Cellulärer thermoplastischer Polymerschaum mit einem mittleren Zelldurchmesser von mehr als 4 mm, wobei der Schaum durch Extrudieren eines schäumbaren Gels, das das thermoplastische Polymer mit einem dann eingebrachten Treibmittel enthält, durch eine Düse in einen Bereich niedrigeren Drucks, der bei Atmosphären- oder Subatmosphärendruck Hegt, erhältlich ist, oder der Schaum enthält einen Anteil an zuvor geschlossenen Zellen, die durch mechanisches Zellöffnen geöffnet worden sind, oder der Schaum ist vernetzt worden oder der Schaum Hegt in einer coaleszierten Strangform oder in Form von nichtvernetzten Perlen vor oder das Polymer ist mit einem vinylfunktionellen Silan oder einem azidofunktionellen Silan gepfropft worden.

2. Cellulärer thermoplastischer Polymerschaum mit einem mittleren Zelldurchmesser von mehr als 2 mm, wobei mehr als 50% der Zellen durch mechanische Mittel geöffnet worden sind, wobei der Prozentsatz der offenen Zellen nach ASTM D2856, Verfahren C, gemessen worden ist.

3. Cellulärer thermoplastischer Polymerschaum nach Anspruch 2, wobei der mittlere Zelldurchmesser größer als 3 mm ist.

4. Cellulärer thermoplastischer Polymerschaum nach Anspruch 3, wobei der mittlere Zelldurchmesser größer als 4 mm ist.

5. Cellulärer thermoplastischer Polymerschaum nach einem der Ansprüche 2 bis 4 mit einem Luftflusswiderstand von weniger als 800 000 Rayls/m.

6. Cellulärer thermoplastischer Polymerschaum nach Anspruch 5 mit einem Luftflusswiderstand von weniger als 400 000 Rayls/m.

7. Cellulärer thermoplastischer Polymerschaum nach Anspruch 6 mit einem Luftflusswiderstand von weniger als 100 000 Rayls/m.

8. Schaum nach einem der vorstehenden Ansprüche, der zusätzlich ein Flammhemmmittel enthält.

9. Schaum nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Schaum in ein Profil mit einer niedrigen dynamischen Steifheit geformt worden ist.

10. Schaum nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Schaum aus einem olefinischen Polymer hergestellt worden ist.

11. Schaum nach Anspruch 10, wobei das olefinische Polymer ausgewählt ist aus ethylenischen Polymeren, Copolymeren oder Mischungen davon.

12. Schaum nach Anspruch 10, wobei das olefinische Polymer Polypropylen ist.

13. Schaum nach Anspruch 10, wobei das olefinische Polymer eine Mischung aus Polypropylen und einem Ethylen-Styrol-Interpolymer ist.

14. Schaum nach Anspruch 11, wobei das ethylenische Polymer ein Polyethylen niedriger Dichte ist.

15. Schaum nach Anspruch 11, wobei das ethylenische Polymer eine Mischung aus Polyethylen niedriger Dichte und einem Ethylen- Styrol-Interpolymer ist.

16. Schaum nach Anspruch 15, wobei das Ethylen-Styrol-Interpolymer einen Styrolgehalt von wenigstens 60 Gew.-% hat.

17. Schaum nach Anspruch 15 oder 16, wobei die Mischung eines Polyethylen niedriger Dichte und eines Ethylen-Styrol-Interpolymers wenigstens 50 Gew.-% Polyethylen niedriger Dichte enthält.

18. Schaum nach Anspruch 9, wobei das Profil einen Kern aus cellulärem thermoplastischem Schaum aufweist, auf dem schmale Streifen desselben oder eines unterschiedlichen cellulären thermoplastischen Polymerschaums alternierend auf gegenüberliegenden Seiten des Schaumkerns angebracht worden sind.

19. Schaum nach Anspruch 18, wobei die Abstände zwischen den Mittelpunkten der schmalen Streifen aus cellulärem thermoplastischem Polymerschaum wenigstens 250 mm betragen.

20. Schaum nach Anspruch 19, wobei die Abstände zwischen den Mittelpunkten der schmalen Streifen aus cellulärem thermoplastischem Schaum auf derselben Seite des Schaumkerns 300 mm bis 600 mm betragen.

21. Schaum nach Anspruch 9, wobei das Profil einen Kern aus cellulärem thermoplastischem Schaum aufweist, an dem schmale Streifen derselben oder einer unterschiedlichen cellulären thermoplastischen Schaumstruktur auf derselben Seite und auf gegenüberliegenden Enden des Schaumkerns angebracht worden sind.

22. Schaum nach Anspruch 21, wobei die Abstände zwischen den Mittelpunkten der schmalen Streifen wenigstens 350 mm betragen.

23. Schaum nach Anspruch 22, wobei die Abstände zwischen den Mittelpunkten der schmalen Streifen zwischen 450 mm und 600 mm liegen.

24. Schaum nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin der Schaum durch Extrusion hergestellt wird, die Zellen langgestreckt sind und die Orientierung der Zell Streckung in Extrusionsrichtung Hegt.

25. Schaum nach Anspruch 24, der geschlossenzellig ist.

26. Verfahren zur Herstellung einer cellulären thermoplastischen Polymerschaumstruktur, umfassend die Schritte:

a) Bereitstellen einer ersten cellulären thermoplastischen Polymerschaumstruktur mit einem mittleren Zelldurchmesser von 2 mm bis 15 mm, wobei wenigstens ein Teil deren Zellen geschlossene Zellen sind, und

b) Anwendung eines Mittels zum Öffnen geschlossener Zellen in einem cellulären thermoplastischen Polymerschaum auf zumindest einige Anteile von zumindest einer Oberfläche dieser ersten thermoplastischen Polymerschaumstruktur, wobei diese Anwendung ausreichend ist, um zu einer cellulären thermoplastischen Polymerschaumstruktur mit einem mittleren Zelldurchmesser von 2 mm bis 15 mm zu führen, wobei mehr als 50% der Zellen durch die Anwendung der Mittel zum Öffnen geschlossener Zellen in einem cellulären thermoplastischen Polymerschaum geöffnet worden sind.

27. Verfahren nach Anspruch 26, wobei die erste celluläre thermoplastische Polymerschaumstruktur im wesentlich geschlossenzellig ist.

28. Verfahren nach Anspruch 26, wobei die erste celluläre thermoplastische Polymerschaumstruktur im wesentlich offenzellig ist.

29. Verfahren nach Anspruch 26, wobei die erste celluläre thermoplastische Polymerschaumstruktur einen mittleren Zelldurchmesser von 2 mm bis 10 mm aufweist.

30. Verfahren nach Anspruch 29, wobei die erste celluläre thermoplastische Polymerschaumstruktur einen mittleren Zelldurchmesser von 3 mm bis 10 mm aufweist.

31. Verfahren nach Anspruch 30, wobei die erste celluläre thermoplastische Polymerschaumstruktur einen mittleren Zelldurchmesser von 4 mm bis 8 mm aufweist.

32. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 31, wobei die erste celluläre thermoplastische Polymerschaumstruktur aus einem olefinischen Polymer hergestellt ist.

33. Verfahren nach Anspruch 32, wobei das olefinische Polymer ausgewählt ist aus ethylenischen Polymeren, Copolymeren oder Mischungen davon.

34. Verfahren nach Anspruch 32, wobei das olefinische Polymer Polypropylen ist.

35. Verfahren nach Anspruch 32, wobei das olefinische Polymer eine Mischung aus Polypropylen und einem Ethylen-Styrol-Interpolymer ist.

36. Verfahren nach Anspruch 33, wobei das ethylenische Polymer ein Polyethylen niedriger Dichte ist.

37. Verfahren nach Anspruch 33, wobei das ethylenische Polymer eine Mischung aus Polyethylen niedriger Dichte und einem Ethylen- Styrol-Interpolymer ist.

38. Verfahren nach Anspruch 37, wobei das Ethylen-Styrol-Interpolymer einen Styrolgehalt von wenigstens 60 Gew.-% aufweist.

39. Verfahren nach Anspruch 37, wobei die Mischung aus einem Polyethylen niedriger Dichte und einem Ethylen-Styrol-Interpolymer wenigstens 50 Gew.-% Polyethylen niedriger Dichte enthält.

40. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 39, wobei mehr als 70% der Zellen der cellulären thermoplastischen Polymerschaumstruktur durch Anwendung der Mittel zur Öffnung von geschlossenen Zellen in einem cellulären thermoplastischen Polymerschaum geöffnet worden sind.

41. Verfahren nach Anspruch 40, wobei mehr als 90% der Zeilen der cellulären thermoplastischen Polymerschaumstruktur durch Anwendung der Mittel zur Öffnung von geschlossenen Zellen in einem cellulären thermoplastischen Polymerschaum geöffnet worden sind.

42. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 41, wobei die Mittel zur Öffnung ausgewählt sind aus Perforation, Schneiden, Kompression oder Kombinationen davon.

43. Verfahren nach Anspruch 42, wobei diese Mittel zur Öffnung Perforation, gefolgt von Kompression sind.

44. Verfahren nach Anspruch 42 oder 43, wobei die Perforation in einer Art und Weise durchgeführt wird, die zu Perforationen führt, die in einem Abstand zueinander angeordnet sind, der nicht größer als das 1,5fache des mittleren Durchmessers der Zellen innerhalb der ersten cellulären thermoplastischen Polymerschaumstruktur ist.

45. Verfahren nach Anspruch 44, wobei die Perforation in einer Art und Weise durchgeführt wird, die zu Perforationen führt, die in Abständen zueinander angeordnet sind, die ungefähr gleich dem mittleren Durchmesser der Zellen innerhalb der ersten cellulären thermoplastischen Polymerschaumstruktur sind.

46. Verfahren nach Anspruch 44, wobei die Perforation in einer Art und Weise durchgeführt wird, die zu Perforationen führt, die in Abständen zueinander angeordnet sind, die kleiner sind als der mittlere Durchmesser der Zellen innerhalb der ersten cellulären thermoplastischen Polymerschaumstruktur.

47. Verfahren nach einem der Ansprüche 42 bis 46, wobei die Perforation Punktierung der ersten cellulären thermoplastischen Polymerschaumstruktur mit einem oder mehreren spitzen scharfen Objekten umfasst.

48. Verfahren nach Anspruch 47, wobei die spitzen scharfen Objekte ausgewählt sind aus Nadeln, Stiften, Stacheln oder Nägeln.

49. Verfahren nach einem der Ansprüche 42 bis 46, wobei die Perforation Punktierung der ersten cellulären thermoplastischen Polymerschaumstruktur durch Bohren, Laserschneiden, Hochdruckflüssigkeitsschneiden, Luftgewehre oder Projektile umfasst.