FI63887B - Foerfarande foer framstaellning av en seg skiva av termoplastiskt hartsskum - Google Patents

Description

RSSr*l M ««KUUIUTUSJULKAISU /:7 Q on JS* LBJ <11>utläggning$skrift 6 3 8 8 n C ^45) Γ?.tontti syCm-Lt:; 12 19 1903 ^ ^ (51) Kv.ik.3/Int.ci.3 B 29 D 27/00 SUOMI—FINLAND <*1) Patenttlhakamui — Pat*ntan*6ki*ln| 752939 . (22) HakumlipUvl — AiwMcnlngudag 21.10.75 * (23) Alkuplivt — Glltlghutadaf 21.10.75 (41) Tullut luikituksi — Bllvtt affvntlij 23.01 76

Patentti- ja rekisterihallitus .... ,., , ^ - , . _, (44) Nlhtivlktlptnon |a kuuLjulkalaun pvm. — rannt· ocn registerstyreisen Aiwekan utltgd oeh utUkriftun puMkund 31.05.Ö3 (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeu* —Bejlrd prlorittt 22.10.7l 20.11.7l Japani-Japan(JP) 121600/71, 110268/71 (Utility Model) (71) The Furukawa Electric Co., Ltd., 6-1, 2-chome, Marunouchi, Ohiyoda-ku,

Tokyo, Japani-Japan(JP) (72) Mitsuo Inui, Yokohama-shi, George Murota, Tokyo, Akira Kasai, Fuji-sawa-shi, Naonori Shiina, Tokyo, Yoshikazu Kashiva, Yokohama-shi,

Japani-Japan (JP) (7l) Oy Kolster Ab (5l) Menetelmä lujan levyn valmistamiseksi termoplastisesta hartsivaahdosta -P'orfarande för framställning av en seg skiva av termoplastiskt hartsskum

Keksintö koskee menetelmää lujan levyn valmistamiseksi termoplastisesta hartsivaahdosta, jolla levyllä on huomattava mekaaninen, erikoisesti kokoon-puristus- ja taivutuslujuus.

Viime vuosina vaahtomuoviartikkelia on yleisesti käytetty suorissa määrissä laajalla kentällä johtuen sen erinomaisista lämmöneristyksen, iskun absorption ja nostovoiman ominaisuuksista. Kuitenkin eräs tekniikan tason vaahtomuoviartikkelin haittapuolista on se, että sillä on alhainen mekaaninen lujuus. Siksi on yritetty kehittää vaahtomuoviartikkeli, jonka ominaisuutena olisi suuri mekaaninen lujuus.

Tavanomaisella menetelmällä valmistettu vaahto termoplastisesta hartsista on pehmeä massa, joka on yleensä muodostunut hienoista soluista, ja jonka tiheys on noin 0,05 g/cm^, ja sillä on huomattavat lämmöneristys- ja iskun-absorbointiominaisuudet, mutta erittäin pieni mekaaninen lujuus.

Tässä yhteydessä voidaan mainita US-patentti 5 525 988 menetelmänä valmistaa vaahto, jolla on suuri mekaaninen lujuus, jotta saataisiin aikaan parannuksia mainituissa haitoissa tekniikan tason mukaisessa vaahdossa.

US-patentin menetelmän mukaan suutin käsittää paisuntakammion paineen alentamiseksi siellä. Mainittua paisuntakammiota seuraavassa suuttimen raossa muodostetaan seos polyolefiinista, haihtuvasta vaahdotusaineesta ja rakeistus- 2 £ 3 p p n aineesta. Puristusta sovelletaan murtamaan solut vaahdon pinnalla täten saaden aikaan kovan kuoren. Vaahto paisutetaan täydellisesti paisuntakammiossa tietyn paineen alaisena. US-patentin menetelmä eroaa keksinnön mukaisesta menetelmästä siinä, että vaahto paisutetaan, kun se on alistettu leikkausvoiman alaiseksi suljetussa vyöhykkeessä. Niinpä US-patentin menetelmällä saatu vaahto sisältää soluja, joiden läpimitta on pienempi kuin 5 mm ja. sillä on tiehys 0,16 g/ca? alhaisimmillaan ja paksuus on pienempi kuin 10 mm.

Tämän keksinnön keksijät tuottivat aikaisemmin menetelmän (US-patentti 3 663 000) vaahtomuoviartikkelin valmistamiseksi, jolla on huomattava mekaaninen lujuus, käyttämällä pursotusmenetelmää. Mainitun US-patentin mukaan muovi-materiaalin ja vaahdotusaineen seos pursotetaan levynmuotoisen pursottimen läpi. Levyn ylempi ja alempi pinta jäähdytetään ennen vaahdotusta, jotta saataisiin pintakerrokset siihen. Sitten kiinteiden kuorikerrosten ansiosta levyn sallitaan vaahdota ja paisua vain paksuussuuntaan niin, että, muodostuisi soluja, jotka ovat pitkulaisia mainittuun suuntaan, siten aiheuttaen huomattava mekaaninen lujuus. Tällä patentoidulla menetelmällä kuitenkin vaahdotetun levyn solut pyrkivät olemaan liian paljon pitkulaisia paksuussuunnassa. Vaikkakin sitävarten varustettuna kovalla kuorella ylä- ja alapinnoilla pyrkii vaahdotettu levy, jos se on tehty paksuksi, pienenemään puristavan voiman alaisena.

Keksinnön keksijät ovat tehneet vakavia tutkimuksia eliminoidakseen yllämainitut haitat ja keksineet menetelmän lujan levyn valmistamiseksi alhaisen tiheyden omaavasta termoplastisesta hartsivaahdosta, jolla levyllä on kiinteät kuorikerrokset muodostuneena sen ylä- ja alasivuille, kiinteä suuri-tiheyksinen keskikerros oleellisesti puolessa välissä ylempää ja alempaa levyn pintaa ja suuret levyn paksuussuuntaan pitkulaiset solut, jossa menetelmässä a) syötetään pursottimeen termoplastinen hartsi, 2-20 paino-osaa haihtuvaa vaahdotusainetta 100 paino-osaa kohti mainittua hartsia ja joka on liukoinen hartsiin pursotuslämpötilassa, ja vähemmän kuin 3 paino-osaa hiuk-kasainetta 100 paino-osaa kohti hartsia, b) pursotetaan seos ilmakehään levyn muodossa suuttimen läpi lämpötilassa, joka on välillä seoksen pehmenemis- tai sulamispiste ja 30°C korkeampi lämpötila kuin itse termoplastisen hartsin pehmenemis- tai sulamispiste, c) jäähdytetään levyn ylempi ja alempi pinta niin nopeasti, että muodostuu kuorikerrokset sen pinnalle, d) jäähdytetään kuorellinen levy niin hitaasti, että se aiheuttaa vaahtohiukkasten muodostumisen ja kasvattaa soluja.

Keksinnölle on erityisesti tunnusomaista, että samalla kohdistetaan painetta levyn ylä- ja alapinnoille rajoittamaan pursotetun levyn paisuminen paksuussuunnassa 30-93 $:iin siitä paksuudesta, mikä saataisiin pursotetulle levylle, jos se olisi vaahdotettu vapaasti ulkoilman paineessa.

3 6 3 3 eπ Tämä keksintö selviää täydellisemmin seuraavasti yksityiskohtaisesta kuvauksesta yhdessä seuraavan piirustuksen kanssa, jossa kuvio 1 on pitkittäinen leikkauskuva tämän keksinnön mukaisesta lujasta levystä, joka on tehty termoplastisesta hartsista, kuviot 2 (a) ja 2 (b) ovat pitkittäisiä leikkauskuvia keksinnön mukaisesta lujasta levystä varustettuna liitoskohdalla ja kuvio 3 esittää laitteistoa, jolla toteutetaan keksinnön mukainen menetelmä.

Suuttimesta 6 pursotettu materiaali 7 jäähdytetään nopeasti ylä- ja ala pinnoiltaan vesijäähdytetyllä putkella 8, jolloin muodostuvat kiinteät kuorikerrokset 4« ja sitten materiaali saatetaan säädellyn paisumisen ja jäähdytyksen alaiseksi paisumista rajoittavien laitteiden 9 avulla, joissa lämmitys-aine on voinut kulkea. Solut 2 muodostuvat ensin lähelle pintoja ja sitten kasvavat asteittain kohti materiaalin 7 keskustaa. Koska paisuminen on kuitenkin tässä keksinnössä rajoitettu paineella, solut 2, jotka kasvavat materiaalin 7 ylä- ja alapinnoilta, eivät yhdy toistansa kanssa keskustassa aiheuttaen sen, että korkeampitiheyksinen kerros 3 muodostuu sinne. Täten valmistettu vaahdotettu levy 1, viimeisteltynä sileäksi tasaiseen paksuuteen, otetaan pois poistoyksikön rulllila 10. Paisumista rajoittavat laitteet 9 voivat olla muodostetut yhdeksi pitkäksi yksiköksi, tai kuten on esitetty kuviossa 3»jaetut useammaksi yksiköksi. Jaetut paisumista raj&ttavat laitteet sallivat paisumisen kontrolloinnin yksityisillä yksiköillä, joista ne ovat muodostuneet. Siksi tällaisten välineiden sarjalla voidaan valmistaa eri tiheyden ja paksuuden omaavia vaahdotettuja levyjä ja kontrolloida välissä sijaitsevan korkeatlheyksieen kerroksen paksuutta ja solurakennetta.

Tämän keksinnön mukaan vaahdotetun levyn paksuuden suuntaista vaahto-amista rajoitetaan yleensä mekaanisesti, eli rajoittamalla mainittua paksuutta sekä levyn ylä- että alapinnoilta edullisesti paisumisen tai solunkasvami-sen aikana. Tämän prosessin aikana solut, jotka alkavat kasvaa ylemmän ja alemman kuoren lähettyviltä asteittain laajenevat sisäänpäin alueelle, joka on oleellisesti puolessa välissä vaahdotetun levyn ylempää ja alempaa sivua.

Tässä tapauksessa kaksi ryhmää suuria soluja eivät tapaa toisiaan, vaan järjestyvät kahteen riviin välissä olevan korkeatlheyksieen kerroksen ylä- ja alapuolelle. Mekaanista puristusta paisumisen rajoittamiseksi suoritetaan jatkuvasti suurella joukolla ylempiä ja alempia metallilevyjä täten estäen pursotettu vaahtoava seos vapaasti paisumasta. Vapaa vaahtoaminen jäähdyttämällä tapahtuneen ylemmän ja alemman kuoren muodostamisen jälkeen ei saa aikaan vaahdotettua levyä, jolla on korkeatiheyksien kerros muodostuneena alueelle, joka sijaitsee oleellisesti puolessa välissä vaahdotetun levyn ylempää ja alempaa sivua. Mainittu korkeatlkeyksinen kerros on paksuudeltaan alueella 0,1 ja 3 mm, jeka paksuus kasvaa suuremman mekaanisen puristuksen myötä. Korkeatiheyknisen kerroksen pitäisi olla edullisesti levinnyt niin paljon yli 4 £ 7λ q ρ n välissä olevan alueen kuin mahdollista. Jotta tämä saavutettaisiin, on tärkeää saada aikaan oleellisesti tasainen jäähdytys pursotetun levyn ylä- ja alapinnoille. Syy miksi korkeatiheyksisen kerroksen paksuudeksi on valittu alue välillä 0,1 mm ja 3 mm, on se, että jos kerroksen paksuus on pienempi kuin 0,1 mm, tulokseksi saadun vaahtolevyn terminen työstettävyys alenee jos paksuus ylittää 3 am, vaahdotetulla levyllä tulee olemaan alhainen tiheys. Käytännöllisistä syistä eiis korkeatiheyksinen kerros on edullisesti paksuudeltaan alueella 0,3-2 mm.

Kun vaahdotetun levyn paisuminen sen paksuuden suuntaan on rajoitettu edellä kuvatulla tavalla, silloin levyn paksuuden suuntaan pitkulaisella solulla on keskimääräinen läpimitta 1,5-5 kertaa sellaisten solujen läpimitta, Jotka ovat pidentyneet levyn leveyden suuntaan. Päinvastoin, kun levy, joka on tehty paksuksi, on vapaasti vaahdonnut, jolloin ei saada lainkaan keskivälillä olevaa korkeatiheyksistä kerrosta, on levyn paksuuden suuntaan venyneellä Bolulla keskimääräinen läpimitta pitempi kuin 5 kertaa levyn leveyssuuntaan venyneiden solujen läpimitta, josta johtuen tulokseksi saadulla vaahtolevyllä on pienempi puristuskestävyys ja terminen työstettävyys.

Keksinnön toiggrr mtonitupmuedon mukaan on valmistettu luja levy termoplastisesta hartsivaahdosta, jolla on solurakenne, jossa solujen läpimitta on suurempi levyn pituussuunnassa kuin poikkieuunnassa.

Tällaisella vaahtolevyllä on suhteellisesti suurempi taivutuslujuus pituussuunnassaan.

Seuraavassa selostetaan menetelmää yllä mainitun vaahdotetun levyn valmistamiseksi.

Prosessi käsittää pursotetun levyn jossa on kiinteät kuorikerrokset, paisuttamisvaiheen alistamalla paisuva levy keveään jännitykseen,joka tavallisesti aiheutetaan paisuvaan levyyn ainakin kahden sarjan välissä yllä mainittuja paisumista rajoittavia välineitä, jotka on sijoitettu yhteyteen paisuvan levyn kanssa, pituussuuntaan tarkasti kontrolloiden ulosottonopeutta ja/tai paisumista rajoittavien välineiden kontaktipainetta, ennen levyn jäähdyttämistä, mahdollistaen näin sen, että soluilla on suurempi läpimitta levyn pituussuuntaan kuin sen poikittaiseen suuntaan. Kun pituussuuntainen solun läpimitta on 1,1-1,5 kertaa poikittainen läpimitta, silloin tulokseksi saadulla levyllä ei ole vain huomattava puristuslujuus, vaan myös pitkittäinen taivutuslujuus. Siksi tämä parannus tarjoaa edun silloin kun vaahdotettua levyä käytetään huomattavan pitkänä verrattuna leveyteen.

Seuraavassa annetaan yksityiskohtaisempi kuvaus keksinnön mukaisesti saadaan lujan vaahdotetun levyn valmistusmenetelmästä.

Keksinnön mukainen lujan vaahdotetun levyn valmistusmenetelmä käsittää termoplastisen hartsin ja haihtuvan vaahdotusaineen seoksen pursottamisen levyn muodossa suuttimen suun läpi lämpötilassa, joka on hieman korkeampi kuin seoksen pehmenerdepiste, levyn ylä- ja alapintojen jäähdyttämisen npeasti 5 6388? kuorikerrosten muodostamiseksi, ja kuorilla varustetun levyn jäähdyttämisen niin hitaasti, että se aiheuttaa vaahtohiukkasten muodostumisen ja myös solujen kasvamisen, joiden keskimääräinen läpimitta on suurempi kuin 5 mm, samalla kun kohdistetaan paine levyn ylempään ja alempaan pintaan rajoittamaan paisuminen sen paksuussuunnassa arvoon 0,5 - 0,95 kertaa se paksuus, jonka paisuva levy saisi, jos se vaahdotettaisiin vapaasti ilmanpaineessa. Kuorien muodostuminen paisuvan levyn ylä- ja alapinnoille estää sen paisumasta pursotet-tuun suuntaan samoin kuin poikittaiseen suuntaan, mahdollistaen vaahtohiukkas-ten kasvamisen oleellisesti paisuvan levyn paksuussuuntaan ja siten saaden aikaan paksun vaahdotetun levyn muodostumisen, jossa on rughy-pallon muotoisia soluja. Pursotatun levyn paisumisen rajoittaminen sen paksuuden suuntaan aiheuttaa kiinteän korkeatiheyksisen kerroksen muodostumisen oleellisesti puoleen väliin levyn ylempää ja alempaa kerrosta. Keksinnön mukaisessa menetelmässä, voidaan saada aikaan yli 0,5 mm, edullisesti 1-3 mm, paksujen kuorikerrosten muodostuminen ja yli 0,1 mm paksun välissä olevan korkeatiheyksisen kerroksen muodostuminen. Vaahdolla jolla on tällaiset kuorikerrokset ja välissä oleva korkeatiheyksinen kerros, on huomattavasti suurempi ei vain puristus-lujuus vaan myös taivutuslujuus. Pursotetun levyn ylemmän Ja alemman pinnan nopea jäähdytys voidaan suorittaa puhaltamalla kylmää kaasua, esimerkiksi kylmää ilmaa yhteyteen jäähdytetyn metallimateriaalin kuten metallitelan tai levyn kanssa, tai kiinnittämällä se arkinmuotoiseen materiaaliin kuten metalli-levyyn, kipsilevyyn ja kudottuun lasikuituun.

Tämän keksinnön mukaisella menetelmällä valmistettu vaahdotettu levy sisältää erityisen suurten solujen vaahtopaksuuden. Vaikkakaan ei ole vielä teoreettisesti selvästi määritelty, mekanismin, jolla näin suuria soluja sisältävä vaahto on tuotettu, on ajateltu keksljöitten suorittamista kokeista päätellen olevan sellainen, että kun haihtuva vaahdotusaine saatetaan kaasuksi hyvin hitaasti oloissa, jotka ovat oleellisesti vapaat leikkausvoimista, muodostuisi vaahtohiukkasia suhteellisen pieni määrä, mikä aiheuttaisi suurten solujen kasvun.

Seuraavassa on vaatimuksia suurten solujen muodostamiselle haihtuvan vaahdotusaineen hitaalla kaasuuntuisi s el la t (1) Pursotukeen suorittaminen termoplastisella hartsilla ja haihtuvalla vaahdotusaineella, jotka pidetään liuenneessa tilassa} (2) Pursotetaan hartsiseos niin alhaisessa lämpötilassa kuin mahdollista, Ja (3) annetaan paisunnan tapahtua jatkuvasti pitkän ajan kuluessa edullisesti oleellisesti leikkausvoimista vapaissa oloissa.

Muovivaahtojen valmistaminen, jotka sisältävät soluja, joilla on suurempi läpimitta kuin 5 mm, voidaan saavuttaa vain, kun yllä mainitut vaatimukset on täytetty. Kuten on käytetty tähän asti, termi "vaahtosolut, joiden 6 6 7' P P n läpimitta on suurempi kuin 5 mm on määritelty tarkoittamaan, että koko tilavuus, jonka ottavat yli 5 mm suuren läpimitan omaavat solut, on yli 50 $> laskettuna vaahdotetun levyn koko tilavuudesta. Kun hartsin ja haihtuvan vaahdotusaineen seos liuenneessa tilassa pursotetaan suhteellisen alhaisessa lämpötilassa ilmakehään, vaahdotusaine tulee yllkyllästetyksi hartsissa. Ylikyllästetty vaahdotusaine kerääntyy seoksen epähomogeeniseen osaan, esimerkiksi osaan, jossa on hiukkasainetta, saaden siten aikaan vaahtohiukkasten muodostumisen kasvun.

Vaahtosolut pyrkivät kasvamaan käytetyssä lämpötilassa vallitsevan vaahdotusaineen höyrynpaineen takia. Kuitenkin tätä kasvua vastustaa termoplastisen hartsin viskoelastisuus. Vaahtosolujen lasvunopeus määräytyy siten haihtuvan vaahdotusaineen ylikyllästymisen määrästä ja höyrynpaineesta ja termoplastisen hartsin viskoelastisuudesta. Tämä keksiutö mahdollistaa vaahdon valmistamisen, jossa on suuria soluja, kontrolloimalla näitä tekijöitä, että saavutettaisiin ominainen solujen kasvunopeus.

Vaahtosolujen kasvun oletetaan pysähtyvän siinä pisteessä, jossa vaahdotusaineen höyrynpaine ja termoplastisen hartsin viskoelastisuus ovat täysin tasapainossa toistensa kanssa. Jos jäähdytye suoritetaan liian nopeasti, solujen kasvaminen lakkaa ennen kuin ne ovat täysin muodostuneet aiheuttaen niiden koon pienenemisen ja siitä seurauksena ei onnistuta valmistamaan vaahtoa, jolla on alhainen tiheys ja huomattava paksuus. Päinvastoin, jos jäähdytys suoritetaan liian hitaasti, solut kasvavat liikaa, joka taas aiheuttaa onteloiden ilmestymistä vaahtoon.

Tämän keksinnön mukaiset termoplastiset hartsit käsittävät polyolefii-iit, olefiinien kopolymeerit, polystyreenin, styreenin kopolymeerit, polyvi-nyylikloridin, vinyyllkloridin kopolymeerit, akryylihartsin, polyamidin, polyesterin, polyasetaalin ja polykarbonaatin. Edullisia näiden joukosta ovat polyolefiinit ja olefiinien kopolymeerit. Erittäin haluttuja ovat polypropyleeni ja suuritiheykeinen polyetyleeni, jolla on pienempi sulamisindeksi (M.I.) kuin 0,5. Vaikkakaan syytä ei täysin ymmärretä, nämä polypropyleeni ja suuritiheykeinen polyetyleeni helpottavat solujen kasvua, joilla on paksut seinät ja säikeet, mahdollistaen siten halutun vaahdon pysyväksi.

Tämän keksinnön mukaisessa menetelmässä käytettävät haihtuvat vaahdoin usaine et käsittävät hiilivedyt, halogenoidut hiilivedyt, alkoholit, eetterit, esterit ja näiden seokset, joilla kaikilla on kiehumispiste alempi kuin käytetyn termoplastisen hartsin pehmenemispiste. Edullisia ovat hiilivedyt ja halogenoidut hiilivedyt joiden kiehumapiste on alueella -20°C - 50°C. Erikoisen edullinen on trikloorimonofluorimetaani. Tämän oletetaan johtuvan siitä, että sanotulla aineella on huomattava liukoisuus termoplastiseen hartsiin pursottimessa ja sillä on liukoisuuden terävä lasku, kun paine ja lämpötila laskevat pursotuksen jälkeen. Kun termoplastiseen hartsiin lisätty haihtuvan 7 6 3 8 ? ^ vaahdotusaineen määrä vaihtelee sen laadun mukaan, valitaan mallit un vaahdotus-aineen määrä yleensä 2-20 paino-osaksi tai edullisesti 6-15 paino-osaksi 100 paino-osaa kohti termoplastista hartsia.Jos vaahdotusainetta lisätään liian paljon, muodostuu suuttimessa suuriaäärä vaahtohiukkasia. Tuloksena on että kun hartsiseos pursotetaan ilmaan, muodostuu hienoja soluja vaahtoon, jotka estävät solujen edelleen kasvamisen. Edelleen osa vaahdotusaineesta häviää pakenemalla solun seinän Bpi, eikä onnistuta saamaan aikaan suuria soluja ja vastaavasti paksua vaahtoa.

Päinvastoin jos vaahdotusainetta käytetään liian, pienessä määrässä, vähenee vaahtohlukkasten kasvu johtaen haluttujen solujen muodostumisen heikentymiseen ja alhaisen sakeuden omaavan paksun vaahdon saamisen epäonnistumiseen. Kun termoplastiseen muoviin sopivaa vaahdotusainetta lisätään yllä mainituissa annoksissa, vaaditaan, että ei saa muodostua lainkaan tai vain vähän näkyviä vaahtohiukkasia suuttimessa. Jos toisaalta muodostuu paljon vaahtohiukkasia ei saada aikaan vaahtoa, jossa on suuria soluja. Keksinnön mukaisessa menetelmässä käytetty pureotuslämpötila on yleensä hartsiseoksen pehme-nemis- tai sulamispisteen ja lämpötilan, joka on 30°C korkeampi kuin itse hartsin pehmenemie- tai sulamispiste, välillä. Jos pursotus suoritetaan liian korkeassa lämpötilassa, on vaahdotusaineella epäasianmukaisen korkea höyryn-paine ja termoplastisen hartsin viskoelastisuus tulee olemaan liian matala.

Kun hartsiseos pursotetaan suuttimen läpi avoimeen ilmaan, muuttuu vaahdotus-aine lukuisiksi pieniksi kupliksi,jotka osittain karkaavat seokaen läpi muodos-matta sinne soluja, eikä täten saada mekaanisesti vahvaa vaahtoa, jossa on suuret solut.

Koska tässä keksinnössä käytettävä vaahdotusaine on liukoinen termoplastiseen hartsiin, on hartsiseoksen pehmenemls- tai sulamispiste huomattavasti hartsin vastaavaa pistettä alempana. Sentähden, jos pursotus suoritetaan lämpötiloissa, jotka ovat alhaisempia kuin hartsieeoksen pehmenemie- tai sulamispiste, epäonnistuu pursotus oleellisesti.

Tämän keksinnön menetelmässä pursotetun hartsiseoksen hidasta jäähdyttämistä jatketaan tarpeeksi kauan, että saadaan haluttu solujen kasvu, yleensä 2-25 minuuttia.

Hidas jäähdyttäminen suoritetaan yleensä antamalla pursotetun seoksen olla ilmassa, puhaltamalla ilmaa siihen tai johtamalla paisuvan pursotetun seoksen paisumista rajoittaviin laitteisiin lämmönvaihtoalnetta kuten vettä tai muuta nestettä, jonka lämpötila on korkeampi kuin huoneen lämpötila.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä on tärkeätä muodostaa ja kasvattaa suhteellisen pieni määrä paljaalla silmällä näkyviä vaahtohiukkasia ja siksi on haluttua käyttää pientä määrää hiukkasainetta. Hiukkaeaine voi sisältää epäorgaanisia aineita kuten kalsiunkarhonaattia, savea, talkkia, sinkkival-koista, silikaattia ja lasipuuteria, hiilimuataa tai orgaanisia aineita kuten β 6 3 8 8 7 puujauhoa. Hiukkasainetta pitäisi edullisesti käyttää pienempiä määriä kuin 3 paino-osaa tai edullisimmin 0,1-1,5 paino-osaa 100 paino-osaa kohti termoplastista hartsia. Hiukkasaineen puuttuminen pyrkii aiheuttamaan solujen epätasaisen harvan jakautumisen. Päinvastoin hiukkasaineen liiallinen lisääminen johtaa vaahtohiukkaaten liialliseen muodostumiseen ja siitä seurauksena hienojen solujen ilmestymiseen, eikä siten saada haluttua suuria soluja sisältävää mekaanisesti vahvaa vaahtoa.

Tämän keksinnön menetelmässä on toivottavaa kasvattaa vaahtohiukka-sia oleellisesti leikkausvoimista vapaassa oloissa. Vastaavasti ei ole hyvä käyttää vaahtohiukkasten muodostusmenetelmää pursottimen päässä ja pursottaa hartsiseosta sen paisuessa.

Koska tämän keksinnön menetelmä sisältää pursotetun seoksen hitaan jäähdyttämisen sen hitaan paisumisen vuoksi, se otetaan suuttimesta alhaisemmassa nopeudessa kuin pursotusnopeus suuttimessa, aikaansaaden täten paisumisen oloissa, jotka ovat oleellisesti vapaat leikkausvoimista. Tämän keksinnön edullinen menetelmä, joka mahdollistaa hartsiseoksen paisuttamisen oloissa, jotka ovat vapaat leikkausvoimista, on alistaa pursotettu seos suutinturpoamisen alaiseksi ja suorittaa paisuminen siten, että sanotun suutti-messa turvonneen massan poikittaisleikkausmuoto pidetään oleellisesti muuttumattomana. Jos toisaalta pursotettu hartsiseos vedetään suuttimesta nopeammin kuin se juoksee suuttimen läpi ja sittmpaisutetaan, pyrkii hartsiin muodostumaan lukuisia hienoja soluja, jolloin epäonnistilkan keksinnön mukaisen vaahdon aikaansaamisessa, jolla on erinomaiset fysikaaliset ominaisuudet. Syy miksi keksinnön vaahdolla on suuri mekaaninen lujuus, erikoisesti huomattava purietuslujuus, on se, että siinä on suuria soluja ja siksi paksut seinät ja kuidut, ja kiinteät kuorikerrokset sen molemmilla pinnoilla ja välissä oleva korkeatiheyksinen kerros.

Toinen syy on, että kun vaahtosolut kasvavat, venyvät solun seinät ja säikeet orientoitumisen vuoksi.

Aikaisemman tekniikan tason mukaisessa vaahdossa solun seinämät ja kuidut ovat paksuudeltaan huomattavan yhtenäisiä, 1-10 mikronia. Tämän keksinnön mukaisessa vaahdossa paksuus kuitenkin ulottuu yli laajan alueen 10-2000 mikronia. Keksinnön mukaan voidaan saada vaahtoa, jonka paksuus yleensä on 5-200 mm, tai edullisesti 10-80 mm. Vaahdolla, jonka paksuus on pienempi kuin 5 mm ei saada suuria soluja ja vastaavasti alhaista tiheyttä. Jos mainittu paksuus ylittää 200 mm syntyy vaahdon keskelle suuria ontelolta eikä siitä saada mekaanisesti lujaa.

Tämän keksinnön mukaan valmistetulle vaahdolle on ominaista, että sillä on suuri mekaaninen lujuus ja alhainen tiheys, yleensä välillä 0,05-0,35g/cm^, edullisesti 0,08-0,25 g/cm^» » 9 6 3 8 817 Tämän menetelmän mukainen vaahdon valmistusmenetelmä sallii hartsi-seokseen lisättävän erilaisia lisäaineita kuten antihapettimia, ultravioletti-absorbereita, liekin hidastajia ja pigmenttiä.

Kuten aikaisemmin an kuvattu, tämän keksinnön mukainen vaahtolevy on kuoripeitteinen ylemmältä ja alemmalta pinnaltaan ja sillä on suuritiheyksinen kerros, joka sijaitsee oleellisesti puolessa välissä levyn ylä- ja alapintaa, ja pitkiä soluja,jotka ulottuvat levyn paksuuden suuntaan ja ovat järjestäytyneet kahteen riviin suuritiheyksisen kerroksen ylä- ja alapuolelle, antaen erinomaisen puristuslujuuden ja taivutuslujuuden ja lisäksi sitoutuvuuden ja termisen työstettävyyden mainitun välissä sijaitsevan suuritiheyksisen kerroksen ansiosta. Kun suuri määrä tämän keksinnön mukaisia vaahtolevyjä on termisesti liitetty yhteen paksuussivuiltaan, niin mainittu sitoutuminen voidaan suorittaa erittäin tiiviisti ylemmän ja alemman kerroksen välillä olevan suuritiheyksisen kerroksen ansiosta. Kun vaahtolevy lämpötaivutetaan, tulee taivutettu osa tuskin ohuemmaksi mainitun suuritiheyksisen välikerroksen ansiosta. Päinvastoin taas vaahtolevy, josta puuttuu välillä oleva suuritiheyksi-nen kerros on altis ohenemaan taivutetulta osaltaan ja sen lämpöeristyskyky ja mekaaninen lujuus laskevat. Tämän keksinnön mukainen vaahtolevy kutistuu joskus valmistuksen jälkeen. Kuitenkin tällainen kutistuminen voidaan helposti eliminoida yksinkertaisella lämpökäsittelyllä.

Tämän keksinnön mukaisella vaahdolla ei ole komattava kestävyys vain puristusta ja taivutusta vastaan, vaan myös kemikaaleja ja kylmää. Lisäksi mainitulla vaahdolla on selvästi paremmat lämpöeristys- ja iskunabsor-bointiominaisuudet kuin puu- tai muulla kovalevyllä, vaikkakin hieman alhaisemmat näissä suhteissa kuin vaahdolla, jossa on hienoja soluja. Vastaavasti tämän keksinnön mukaista vaahtoa voidaan käyttää huomattavan laajalla sovellu-tuskentällä, sellaisilla kuten rautateiden ja teiden jäätymistäkestävät aineet, telinelautalevy, insinööritarvikkeet kuten betonimuottilevyt, rakennusmateriaalit kuten lattiat, seinät ja katot, rakennusten lämpöeristyosat, jäähdytettyjen varastojen lämmöneristysaineet, pakkausmateriaalit, joita käytetään raskaitten artikkeleiden pakkauksissa, kuormauslavat ja melua absorboivat aineet.

Keksintöä selvitetään täydellisemmin seuraavissa esimerkeissä.

Esimerkki 1 80 mm:n läpimittaiseen pursottimeen pantiin seos, jossa oli 100 paino-osaa suuritiheyksistä polyetyleeniä, jonka sulamisindeksi (g/10 mm, 190°C, 2,16 kg) oli 0,2,tiheys 0,96 g/cm^ ja sulamispiste 134°C,ja 1 paino-osa kal-siumkarbonaattia hiukkaaaineena. Kun seos kulki pursottimen läpi, siihen lisättiin haihtuvaa vaahdotusainetta trikloorifluorimetaania vaihtelevissa määrissä, kuten on osoitettu taulukossa 1. Eartsiseos pursotettiin litteän, 400 mm leveän ja 3 am paksun suuttimen läpi ja otettiin talteen eri nopeuksilla, kuten taulukossa 1 on esitetty.

10

Taulukko 1 6 3 8 8 , ' —Koe n:o i ! ;

Kohde 1 2 3 4 5 6

TrikloorifTuorimetaani 7.0 8.2 9.0 10.4 11.8 13.2 (paino-osaa) __________ _____

Pursotusnopeus (cm/min) 30 30 30 30 30 30 (suunnilleen) \

Talteenottonopeus(cm/min) 10.0 10.5 11.0 12.0 12.5 13.0

Aika joka vaaditaan solujen 10.5 11.0 11.5 12.0 12.5 13.0 täydelliseen kasvamiseen(min)

Vaahdon paksuus (ne) 36 37 37 40 42 43 Välikerroksen paksuus (nm) 0.5 0.3 0.4 0.4 0.4 j 0.5 . !

Kuoren paksuus (an) 0.5 0.5 0.8 0.8 1.0^ 110

Vaahdon tiheys (g/cn^) 0.24 0.20 0.15 0.13 0.10 0.08

Yli 5 ma läpimittaisten solujen ottama prosenttitila- 80 82 j 80 90 90 95 vuus (#) ! --,-------1------

Solujen muoto [a/b)1 3.0 3.0 3.2 3.2 3.5 j 3.5 .. ...... 1 -- 1 -— η----1--------

Purietusnoduli (kg/on2) 330 215 135 199 70 I 58 . — ' i

Taivutusaoduli (kg/on ) 2990 |191C '1090 830 520 Ö30

J-i_I_-_1-1 ____J

a tarkoittaa solun pituutta vaahtolevyn paksuuden suunnassa ja b sen pituutta levyn leveyden suunnassa.

Hartsiseoksen lämpötila oli 142°C.

Käyttäen kuvion 3 mukaista laitteistoa litteän euuttimen 6 läpi pureotettu harteieeoe johdettiin 20 am läpimittaista kupariputkea Θ pitkin» joka oli asetettu euuttimen ulostulon kohdalle ja jäähdytettiin 15°Cteen siten» että vain molemaat pinnat jäähdytettiin nopeasti kuorien 4 muodostamiseksi. Vaahtohiukkaaia alkoi muodostua pursotetussa seoksessa 7» kun pursotet-tu seos saapui 1 om päähän euuttimen ulostulosta ja solut alkoivat kasvaa» kun pureotettu seos edelleen matkasi noin 3-4 cm suuttiaen ulostulosta. Solut kasvoivat vain saadun levyn paksuuden suuntaan.Pursotetun levyn paisuminen 11 6 3 8 8° rajoitettiin metallisilla rajoitus levyillä 9 noin 80 7&:iin siitä määrästä, mikä olisi saatu aikaan, jos se olisi vaahdotettu vapaasti ilmakehän paineessa. Solujen kasvu päättyi, kun levy oli siirtynyt noin 150 cm suuttimen ulostulosta. 400 mm leveä levy sisälsi suuritiheyksisen imrroksen 3 oleellisesti puolessa välissä ylemmän ja alemman pinnan välissä ja rugby-pallon muotoiset solut olivat järjestäytyneet kahteen riviin ja niistä suurimman osan läpimitta oli suurempi kuin 5 mm ja ne olivat venyneet levynpaksuuden suunnassa.

Levyn paksuus, suuritiheyksisen keskikerroksen paksuus, kuoren paksuus, tiheys, puristusmoduli ja taivutusmodikli, solujen muoto ja koko mitattiin, tulokset on esitetty taulukossa 1.

Esimerkki 2 69 mm läpimittaiseen pursottimeen pantiin seos, jossa oli 100 paino-osaa kiteistä polypropyleeniä, jonka M.F.I. (g/10 mm, 230°C, 2,16 kg) oli 0,5 ja tiheys 0,90 g/cm^ ja yksi paino-osa kalsiumkarbonaattia. Kun seos kulki pursottimen läpi, lisättiin 12 paino-osaa trikloorifluorimetaania seokseen. Käyttäen kuvion 3 esittämää laitteistoa hartsiseos pursotettiln litteän suuttimen 6, 24Ο mm leveä ja 2 mm paksu, läpi. Eartsiseoksen lämpötila oli 170°C. Hartsiseos pursotettiln nopeudella 30 cm/m ja otettiin talteen suuttimelta nopeudella 20 om/min. Suuttimelta saatu pursotettu seos saatettiin yhteyteen kupariputkien 8 kanssa, joiden läpimitta oli 20 mm ja jotka oli sijoitettu suuttimen ulostuloon ja pidetty lämpötilassa 15°C saadun vaahdon molempien pintojen nopeata Jäähdyttämistä varten, jolloin muodostui kuoret 4· Kun purso-Lettu seos saapui 0,5 cm päähän suuttimen ulostulosta, muodostui vaahtohiuk-kasia ja kun seos liikkui noin 3 cm päähän suuttimen ulostulosta, alkoi muodostua soluja, mikä jatkui vaahtolevyn paksuuden suunnassa. Paisumista rajoittavilla levyillä 9 rajoitettiin pursotetun levyn paisumista sen paksuussuunnassa noin 85 96:iin siitä määrästä, mikä olisi saatu, jos vaahdotus olisi tapahtunut ilmakehän paineessa. Vaahtolevy jäähdytettiin 50°Cteen. Solujen kasvu loppui, kun vaahtolevy oli siirtynyt noin 60 cm suuttimen ulostulosta. Saatu vaahtolevy oli 15 mm paksu, 240 mm leveä ja 0,14 g/cm^ tiheä ja kuoret olivat 0,5 mm paksut. Suuritiheyksinen keskikerros oli 0,5 mm paksu ja solut jotka ulottuivat vaahtolevyn paksuuden suunkaan olivat järjestäytyneet kahteen riviin suuritiheyksisen kerroksen ylä- ja alapuolelle. Yli 5 läpimitaltaan olevien solujen valloittama tilavuus oli 80 $ koko vaahtolevyn tilavuudesta. Edelleen solun pituuksien suhde a/b (a ja b kuten aikaisemmin on määritelty) oli noin 2,2. Täten oli saatu vaahtolevy, jolla oli huomattavat fysikaaliset ominaisuudet kuten puristusmoduli 175 kg/cm Ja taivutwsmoduli 1400 kg/om .

6 ? 8 8 7 12

Esimerkki 3 Θ0 mm:n pursottimeen pantiin alunperin 100 paino-osaa suuritiheyksis-tä polyetyleeniä, jonka sulamisindeksi oli 0,2 ja tiheys 0,96 g/cc ja 0,5 paino-osaa kalsiumkarbonaattia. Sen jälkeen lisättiin 10 paino-osaa trikloori-fuoriaetaania pursotussylinterin keskiosaan liuottamaan alunperin pantu massa. Käyttäen kuviossa 5 olevaa laitteistoa pursotettiin 140°C:esa suuttimen 6 läpi 400 mm leveä ja 5 mm paksu levy. Välittömästi levyn pursotuksen jälkeen vedellä jäähdytetty putki 8 painettiin ylempää ja alempaa pintaa vasten noin 0,3 mm paksujen kuorien 4 muodostamiseksi, estäen täten paisuminen poikittais-ja pltkittäissuuntaan. Vaahtolevyllä oli lopulta paksuus 40 mm, joka saatiin mekaanisella rajoittamisella (kuten esimerkissä l) noin 70 #:iin paisumissuhteeseen levyn 1 paksuussuunnassa. Levyn talteenotto suoritettiin siten, että levylle annettiin kevyt jännitys pituussuunnassa hieman muuttaen talteenotto-nopeutta. Levyllä 1 oli tiheye 0,15 g/cc. Kahteen riviin järjestäytyneiden solujen 2 keskimääräinen läpimitta oli 5*1 nm pituussuuntaan, 4«0 mm poikit-taissuuntaan ja 19 mm levyn paksuuden suuntaan. Suuritiheyksinen kerros 3» 0,3 mm, muodostui alueelle, joka sijaitsi oleellisesti puolivälissä levyn ylempää ja alempaa pintaa.

p ft

Levyllä oli puristusmoduli 230 kg/om , taivutusmodull 1200 kg/om o pituussuuntaan ja 900 kg/om poikittaissuuntaan, hyvä vedenpitävyys, työs-kenneltävyye ja lämmöneristys.

Viitaten kuvioihin 2(a), 2(h) vaahtolevyillä on syvennys 5 ja ulkone-ma 5a vastaavasti suuritiheyksisten kerrosten 3, 3a vastakkaisissa päissä, täten saadaan aikaan liittyminen levyjen 1, la välillä. Liitoskohdat, jotka on muodostettu mekaanisesti kestävistä osista, on liitetty tiukasti yhteen, eivätkä ne irtoa edes pitkän käytön aikana. Kuviossa 2 viittausnumerot 2 ja 2a tarkoittavat kahteen riviin järjestäytyneitä soluja ja 4 Ja 4a kuoria.

Mitattiin noin 57 mm paksun levyn puristusmoduli, joka levu oli vapaasti vaahdotettu eri tavalla kuin yllämainituissa esimerkissä ja joka muodostui yhdestä rivistä soluja. Mainittu puristusmoduli oli 120 kg/cm . Tällä vaahto-levyn vertailukappaleella oli alhainen vedenpitävyys, työstettävyys ja lämmöneristys.

Esimerkki 4

Pursotettu aine vaahdotettiin oleellisesti samalla tavalla kuin esimerkissä 3, paitsi että suuritiheyksinen polyetyleeni korvattiin polypropy-leenillä, jonka sula juoksemisindeksi oli 0,3 ja tiheys 0,90 f/co ja pursotus suoritettiin 180°C:ssa. Saadulla vaahtolevyllä oli tiheys 0,13 g/cc ja noin 1 mm paksuinen suuritiheyksinen kerros oleellisesti puolivälissä levyn ylempää ja alempaa pintaa, ja solut olivat järjestäytyneet kahteen riviin suuritihe-ykeisen kerroksen ylä- ja alapuolelle, mainittujen solujen keskimääräinen läpimitta oli 6,0 mm pituussuuntaan, 5,2 mm poikittaisuuntaan ja 19,0 mm pak- 13 6 3 8 87 suussuuntaan. Tuotteella oli erinomainen mekaaninen lujuus ja lämmöneristys.

Esimerkki 5

Kaksi esimerkissä 3 valmistettua vaahtolevyn näytettä, joilla oli suuri-tiheyksinen kerros muodostuneena oleellisesti puoleenväliin levyn ylempää ja alempaa pintaa, liitettiin yhteen puristamalla toisiaan vastaan vastaavat lämmitetyt paksuutta vastaavat sivut.

Liitetty massa oli mekaanisesti hyvin vahva, johtuen suuritiheyksi-sen keskikerroksen olemassaolosta.

Vertailun vuoksi liitettiin yhteen ylläkuvatulla tavalla kaksi vaahto-levyä, jotka oli valmistettu samaan paksuuteen aineesta, jolla oli sama tiheys ja joka sisälsi suunnilleen saman läpimitan omaa via soluja, mutta jolta puuttui äskenmainittu suuritiheyksinen keskikerros. Liitetyllä massalla oli huomattavasti alhaisempi liitoslujuus kuin edellisessä tapauksessa.

Esimerkki 6

Esimerkissä 3 saatu vaahtolevy taitettiin oleellisesti suoriin kulmiin lämmittäen noin 140°C:een. Taivutetulla kohdalla oli hieman erilainen paksuus kuin ennen taivutusta. Kun taas yllämainitun näytteen mukainen vaahto-levy, mutta jolta puuttui suuritiheyksinen keskikerros, tuli huomattavasti ohuemmaksi taivutetusta kohdasta, osoittaen, että sillä oli alhainen terminen työstettävyys.

Claims (1)

1. Menetelmä lujan levyn valmistamiseksi alhaisen tiheyden omaavasta termoplastisesta hartsivaahdosta, jolla levyllä on kiinteät kuorikerrokset muodostuneena sen ylä- ja alasivuille, kiinteä suuritiheyksinen keskikerros oleellisesti puolessa välissä ylempää ja alempaa levyn pintaa ja suuret levyn paksuus-suuntaan pitkulaiset solut, jossa menetelmässä a) syötetään pursottimeen termoplastinen hartsi, 2-20 paino-osaa haihtuvaa vaahdotusainetta 100 paino-osaa kohti mainittua hartsia ja joka on liukoinen hartsiin pursotuslämpötilassa, ja vähemmän kuin 3 paino-osaa hiukkasainetta 100 paino-osaa kohti hartsia, b) pursotetaan seos ilmakehään levyn muodossa suuttimen läpi lämpötilassa, joka on välillä seoksen pehmenemis- tai sulamispiste ja 30°C korkeampi lämpötila kuin itse termoplastisen hartsin pehmenemis- tai sulamispiste, c) jäähdytetään levyn ylempi ja alempi pinta niin nopeasti, että muodostuu kuorikerrokset sen pinnalle, d) jäähdytetään kuorellinen levy niin hitaasti, että se aiheuttaa vaahto-hiukkasten muodostumisen ja kasvattaa soluja, tunnettu siitä, että samalla kohdistetaan painetta levyn ylä- ja alapinnoille rajoittamaan pursotetun levyn paisuminen paksuussuunnassa 50-95 $:iin siitä paksuudesta, mikä saataisiin pursotetulle levylle, jos se olisi vaahdotettu vapaasti ulkoilman paineessa.