Pierwszenstwo: 06.IX.1962 Francja Opublikowano: 3.IX.1965 50006 KI. 33aCt*I4 39 Q1 yoc MKP B 29 y ^/qq UKD 678.05:621. 744.34 Twórca wynalazku: Paul Benjamin Vidal Wlasciciel patentu: Rocma — Anstalt, Vaduz (Ksiestwo Lichtenstein) BIBLIOTEKA Sposób wytwarzania za pomoca odlewania elementów z materialu piankowego o malej gestosci mm Wynalazek niniejszy dotyczy sposobu wytwarza¬ nia plyt i elementów z tworzywa piankowego o malej gestosci.~Od dawna produkuje sie plyty i elementy z materialu piankowego o malej gestosci, przy czym sposób wytwarzania polega na ekspandowaniu tworzywa w naczyniu o dosc duzych wymiarach.Poniewaz podczas ekspandowania zachodzi zaw¬ sze reakcja termiczna, wiec najczesciej dzieje sie tak, ze centralna czesc ekspandowanej masy zos¬ taje doprowadzana do innej temperatury niz czesc tej samej masy stykajace sie ze sciankami.Dlatego wiec ekspandowanie odbywa sie w spo¬ sób nierównomierny, a w przypadku materialów termoutwardzalnych powoduje to, ze material stykajacy sie z forma wytwarza twarda powloke o stosunkowo duzej gestosci, podczas gdy ma¬ terial znajdujacy sie w srodku formy ma gestosc duzo mniejsza i jest poddawany nierównomier¬ nemu ekspandowaniu.Poza tym sprawia duza trudnosc szybkie spo¬ rzadzanie jednorodnej mieszaniny z przeznaczone¬ go do ekspandowania materialu i czynnika powo¬ dujacego ekspandowanie, a nastepnie rozprowa¬ dzenie tej mieszaniny w sposób równomierny w formie o duzych wymiarach.Gdy sie chce uzyskac plyty z piankowego ma¬ terialu wytwarzanego w formie o duzych wymia¬ rach, to wówczas musi odbywac sie proces ciecia placków uzyskanych w takiej formie, przy czym 10 15 20 25 30 ciecie to pociaga za soba znaczna ilosc odpadów a to ze wzgledu na istnienie skorupy powierz¬ chniowej i równiez ze wzgledu na ujawniana nie* jednorodnosc ekspandowania pomiedzy brzegiem i srodkiem placka.Nastepnie, gdy nastepuje ciecie na wymagane grubosci otrzymanego w ten sposób placka, to na ogól uzyskuje sie powierzchnie lamliwa i kru¬ szaca sie, co jeszcze bardziej zwieksza niebezpie¬ czenstwo uszkadzania plyt.Wreszcie przy cieciu uchodza kwasne opary, toksyczne i korodujace, pochodzace 2 zastosowa¬ nego kwasnego roztworu, który nie zostal calko¬ wicie usuniety podczas ekspandowania, a to wsku¬ tek duzej objetosci masy poddanej ekspandowaniu.Celem niniejszego wynalazku jest usuniecie wy¬ mienionych wyzej wad. Stwierdzono, ze unika Sie powyzszych niedogodnosci, jezeli do formowania elementów z materialu piankowego o malej gru¬ bosci stosuje sie formy wyposazonej w dno, W scianki boczne, ustawione naprzeciw siebie ze wzajemnej odleglosci rzedu decymetra i tworzace waska przestrzen, bez pokrywy górnej, przy Czym srednie zorientowanie formy jest zasadniczo pio¬ nowe, a wspomniane scianki dzieki znanym w is¬ tocie elementom grzewczym sa utrzymywane w z góry wyznaczonej temperaturze nizszej od 1006C.Scianki powleka sie najkorzystniej czynnikiem ulatwiajacym wyjmowanie z formy ksztaltki z ekspandowanego materialu. Do takiej formy wie- 5000650006 wa sie mieszanine przeznaczonego do ekspando¬ wania materialu i czynnika powodujacego ekspan¬ dowanie, przy czym wspomniana mieszanina ma temperatury nizsza od temperatury scianek formy.Po przeprowadzeniu licznych doswiadczen stwier¬ dzono ze jakosc¦ plyt jakie mozna otrzymywac stosujac tego rodzaju forme jest wprost propor¬ cjonalna do róznicy temperatur jaka daje tempe¬ ratura przeznaczonego do ekspandowania materia¬ lu, ktpry wlewa sie do formy, i temperatura scia¬ nek -wspomnianej formy.Zwlaszcza w przypadku materialów termou¬ twardzalnych, jezeli scianki formy sa bardziej go¬ race niz material, przeznaczony do ekspandowa¬ nia, to przy zetknieciu sie ze sciankami tworzy sie dosc gruba skorupa o wiekszej gestosci niz reszta materialu i która utrudnia przenikanie ciepla do wnetrza materialu umieszczonego w srodku for¬ my.W wyniku tego jest znaczna niejednorodnosc plyty, która powoduje sklonnosc do oddzielania sie twardej i zeskorupialej powierzchni od rdze¬ nia plyty.Jezeli natomiast temperatura scianek formy tylko nieznacznie rózni sie od temperatury ma¬ terialu jaki sie do niej wlewa, to uzyskuje sie plyte badz praktycznie pozbawiona skorupy, cal¬ kowicie jednorodna o gladkich powierzchniach "ale dosyc kruchych, badz tez o bardzo cienkiej skorupie doskonale przylegajacej do reszty plyty i tworzacej ochronna warstwe wystarczajaco od¬ porna.W szczególnosci zostalo stwierdzone, ze dla zy¬ wic fenolowych róznica temperatur na przyklad 10°C, pomiedzy temperatura przeznaczonej do ekspandowania zywicy i temperatura formy, daje najlepsze wyniki.W wyniku licznycli doswiadczen stwierdzono, ze dla termoutwardzalnych zywic i dla okreslonego dozowania skladników wyjsciowych szybkosc eks¬ pandowania wzrasta o wiele predzej wraz z tem¬ peratura niz szybkosc polimeryzacji. A zatem mozliwe jest ustalanie wielkosci i jakosci skorupy a takze gestosc materialu, za pomoca manipulo¬ wania jednoczesnie szybkoscia dozowania i tem¬ peraturami zywicy i formy.Wreszcie w celu ulatwienia wyjmowania z for¬ my przygotowanej w ten sposób plyty stosuje sie oczywiscie powlekanie scianek formy odpowied¬ nim czynnikiem ulatwiajacym wyjmowanie ksztal¬ tek.Latwo mozna zrozumiec korzysci jakie wyply¬ waja ze stosowania formy pionowej lub nieco po¬ chylonej wzgledem pionu.Istotnie, ekspandowanie stosowanego materialu prowadzi zawsze do wyraznego wydzielania gazu i wskutek tego, jezeli nie prowadzi sie ekspando¬ wania w formie zasadniczo pionowej, ale jak to jest juz znane w formie praktycznie poziomej, to bezwzglednie uzyskuje sie gladka strone dolna (wskutek tego, ze styka sie ona z dnem formy) i górna strone, napeczniala (wskutek tego, ze nie mozna zastosowac w formie scianki ponad eks¬ pandujaca masa, gdyz przeszkadzalaby ona wy¬ dzielaniu sie gazów).Postepujac w taki sam sposób i stosujac forme pionowa uzyskuje sie bezposrednio plyte, której po¬ wierzchnie sa doskonale plaskie i gladkie i która dzieki temu jest natychmiast gotowa do uzytko- 5 wania\ Oczywiscie oddalenie wzajemne scianek stoso¬ wanej formy mozna regulowac dowolnie przez nastawianie ich w celu umozliwienia wytwarzania plyt o rozmaitych modulach. 10 Chociaz dotychczas rozpatrywane byly tylko proste formy o plaskich sciankach, wynalazek moze byc równiez realizowany w formach o naj¬ rozmaitszych ksztaltach a mianowicie: a) w formach dla wytwarzania plyt, majacych 15 jedna lub dwie ze swych stron faliste lub kar¬ bowane; b) w formach dla wytwarzania powlok w postaci rur oraz c) w formach z posrednimi przegrodami, przezna- 20 czonych do wytwarzania wielu elementów w jednej formie.Do wytwarzania rur i elementów wewnatrz pus¬ tych, a w razie zyczenia elementów o malej dlu¬ gosci (mniejszej od dwóch metrów) fofma moze 25 byc usytuowana pionowo, przy czym przeznaczony do ekspandowania material jest wlewany, poczat¬ kowo wzdluz dolnej prowadnicy formy, "a podno¬ szenie sie go do góry odbywa sie w kierunku tworzacych. 30 Jezeli natomiast chce sie uzyskac elementy o wiekszej dlugosci, to forma moze byc usytuowana poziomo. Przeznaczony do ekspandowania ma¬ terial jest wówczas wlewany wzdluz dolnej two¬ rzacej, a ekspandowanie odbywa sie w kierunku 35 prowadnicy w strone górnej tworzacej formy, w poblizu której powinny byc zastosowane okienka, umozliwiajace odprowadzenie nadmiaru ekspan¬ dujacego materialu.W celu wytwarzania kilku elementów w tej sa¬ mej formie, przegrody oddzielajace tylko czescio¬ wo sa polaczone u podstawy formy, a to w celu umozliwienia równomiernego rozprowadzania jesz¬ cze nie ekspandowanego materialu. Nie jest zresz¬ ta bezwzglednie konieczne, aby przegrody te byly ciagle, przy czym bez przeszkody moga byc po¬ zostawione okienka, utrzymujace polaczenia po¬ miedzy dwoma sasiednimi elementami formy.Sposób wedlug wynalazku ma te zalete, ze umo- zliwa latwe identyfikowanie uzyskanych ele¬ mentów odnosnie sposobu ich wytwarzania, ponie¬ waz po pierwsze scianki tych elementów sa glad¬ kie, gdyz stykaly sie one ze sciankami formy, co umozliwia odróznianie ich od elementów uzyska¬ nych za pomoca odcinania z placka uzyskanego przez ekspandowanie, po drugie zwlaszcza w przy- 55 padku plyt, zorientowanie pecherzyków jest wy- . raznie równolegle do kierunku jednego z najwiek¬ szych wymiarów, co umozliwia odróznienie od plyt uzyskanych w formach poziomych (zoriento¬ wanie pecherzyków zasadniczo prostopadle dokie- 60 runków najwiekszych wymiarów).Wynalazek bedzie lepiej zreszta zrozumialy z dalszej czesci niniejszego opisu, przytoczonego tytulem nie ograniczajacego wynalazku przykladu, w zastosowaniu do ekspandowania zywicy feno- 65 lowej. 40 45 5050006 6 Przyklad I. Pionowa forma o wymiarach 0,1 X 2 m i wysokosci 1,50 m, otwarta tylko od góry zostaje powleczona zazwyczaj stosowanym czynnikiem na bazie silikonów ulatwiajacym wyjmowanie gotowego elementu i jest utrzymy¬ wana w temperaturze od 40 do 45°C.Przygotowuje sie mieszanine zywicy fenolowej, doprowadzonej uprzednio do temperatury okolo 30—35°C, ze wzgledu na lepkosc oraz pentanu (10 Kg zywicy na 0,8 Kg pentanu), do którego jest dodany roztwór kwasny (7% wagowo). Roz¬ twór kwasny jest roztworem wodnym 50% za¬ zwyczaj stosowanego kwasu nieorganicznego.Mieszanina ta zostaje ujednorodniona a nastepnie zostaje wlana do formy.Po uplywie okolo 10 minut ekspandowanie zos¬ taje ukonczone i material piankowy osiaga pra¬ wie brzegi formy.Po uplywie dwudziestu minut wyjmuje sie wy¬ produkowana plyte. Jej dwie boczne strony sa gladkie. Przekrój poprzeczny pokazuje istnienie „skórki" lub warstewki powierzchniowej o ma¬ lej grubosci (rzedu 0,5 mm).Przyklad II. Stosujac forme taka jak w przykladzie I oraz mieszanine zywicy fenolowej o temperaturze 30—35°C, ale doprowadzono tem¬ perature scianek formy do 70°C. Ekspandowanie nastapilo w czasie okolo 10 minut a utwardzanie w ciagu okolo 20 minut. Uzyskano plyte majaca po obydwóch stronach skorupe cienka i twarda, majaca sklonnosc do dosc latwego oddzielenia sie od srodkowego rdzenia plyty, pozostajacego nadal ciagliwym.Jezeli porówna sie uzyskane wyniki z przyto¬ czonych wyzej dwóch przykladów, to stwierdza sie, ze doswiadczenie pierwsze doprowadza do za¬ dawalajacych plyt, praktycznie jednorodnyeh i ma¬ jacyeh twardosc powierzchniowa, pozwalajaca na manipulowanie nimi bez wiekszych trudnosci.O ile chodzi o plyte uzyskana w drugim dos¬ wiadczeniu gdy jej twardosc powierzchniowa jest wystarczajaco duza, to jednak jej kruchosc jest znaczna, gdyz podnoszenie sie do góry pecherzy¬ ków gazu, wytwarzajacego sie podczas ekspando¬ wania ma sklonnosc odbywac sie w sposób ko¬ rzystny w miejscu stykania sie dwóch warstw o róznych wlasciwosciach, tzn. warstwy twardej albo skorupy i strefy centralnej lub rdzenia. Wy¬ nika stad sklonnosc do rozdzielania sie tej plyty, wówczas gdy sie ja podda obciazeniom mecha¬ nicznym, nawet stosunkowo niewielkim.Zreszta mozna bedzie lepiej zrozumiec przyczy¬ ne dlaczego lacznosc zewnetrznej skorupy i rdze¬ nia centralnego jest taka slaba, jezeli przesledzi sie blizej to ostatnie doswiadczenie. W tym os¬ tatnim przypadku mozna stwierdzic, ze zywica fenolowa przy zetknieciu sie ze sciankami formy, utwardza sie bardzo szybko, a to wskutek wyso¬ kiej temperatury tych scianek.Poza tym, poniewaz utwardzona zywica jest zlym przewodnikiem ciepla, a ponadto istnienie strefy posredniej bogatszej w pecherzyki bedzie potegowac te jej ceche znamienna, wiec zywica znajdujaca sie w strefie centralnej ma tempera¬ ture nizsza i jej ekspandowanie odbywa sie nor¬ malnie, które sprawia, ze rdzen centralny jest w stalym ruchu w stosunku do warstwy zewnetrz¬ nej.Wskutek tego polaczenie zewnetrznej skorupy i rdzenia nigdy nie moze byc zadawalajace, i tym 5 tlumaczy sie kruchosc uzyskiwanych plyt.Wreszcie mozna oczywiscie zastosowac inny rodzaj ekspandowania, niz opisany w dwóch po¬ przednich doswiadczeniach.Przyklad III. Mozna na przyklad przepro- 10 wadzac ekspandowanie dzieki mieszaninie weglo¬ wodór —kwas. W tym przypadku przy stosowa¬ niu tej samej formy co w przykladzie I, uzywa sie zywice fenolowa, do której dodaje sie 5% weglowodoru, nastepnie 23% roztworu o zawar- 15 tosci 50% handlowego kwasu nieorganicznego, przy czym calosc miesza sie szybko i wlewa do formy.Ekspandowanie odbywa sie bardzo szybko i je¬ zeli temperatura formy jest nizsza od 60°C, 20 to uzyskuje sie praktycznie ten sam wynik co w przykladzie I, natomiast jezeli temperatura ta jest wyzsza, na przyklad gdy wynosi 70°C, to uzys¬ kuje sie taki sam wynik jak w przykladzie II.W ten sposób mozna stwierdzic, ze przy sto¬ sowaniu zywicy fenolowej zakres temperatur naj¬ korzystniejszy do uzyskania cienkiej warstwy po¬ wierzchniowej wystarczajaco wytrzymalej i dos¬ konale przylegajacej jest praktycznie zawarty w granicach od temperatury otoczenia do tempe¬ ratury rzedu 60°C.Jednakze stosowanie sposobu, wykorzystujacego weglowodór wymaga znacznie wiekszej ilosci kwasu i prowadzi do plyt, które majac te same wlasciwosci uzytkowe jak wlasciwosci uzyskane w II przykladzie, maja dodatkowa wade polega¬ jaca na koniecznosci dosc dlugiego ich magazyno¬ wania azeby nadmiar kwasu, którym plyty sa na¬ sycone, mógl byc usuniety w sposób mniej wiecej zupelny.Sposób wedlug wynalazku nie ogranicza sie tyl- 40 ko do zywic termoplastycznych, czy termoutwar¬ dzalnych lecz do wszelkich materialów plastycz¬ nych, do których zostaje domieszany czynnik po¬ wodujacy ekspandowanie.Ponadto mozna równiez wykorzystywac urz*a- 45 dzenie wedlug wynalazku, stosujac w nim ele¬ menty grzewcze i elementy ochladzajace, a to w celu odlewania materialów termoplastycznych z dodatkiem czynnika powodujacego ekspandowa¬ nie, azeby mozna bylo wytwarzac plyty z pianko- 50 wych materialów termoplastycznych.W tym ostatnim przypadku pracuje sie z umiar¬ kowanym ogrzewaniem dla spowodowania eks¬ pandowania a potem nastepuje chlodzenie w celu uzyskania stwardnienia piankowego materialu. 55 PL