Pierwszenstwo: Opublikowano: 12.IV.1968 55063 KI. 39 a3, 27/00 MKP B 29 d £\loo UKD 678.06-496 Wspóltwórcy wynalazku: Telesfor Wiechec, Jan Sowinski, Elzbieta Ajchel, Jerzy Schmidt Wlasciciel patentu: Instytut Tworzyw Sztucznych, Warszawa (Polska) Sposób i urzadzenie do otrzymywania tworzywa piankowego Wynalazek dotyczy otrzymywania tworzywa piankowego skladajacego sie ze spienionych gra¬ nulek polistyrenu, pomiedzy którymi wolna przes¬ trzen zostala wypelniona innym tworzywem pian¬ kowym. tworzywa piankowe, posiadajace bardzo dobre wlasnosci termoizolacyjne i akustyczne, znajduja szerokie zastosowanie w wielu galeziach prze¬ myslu, przede wszystkim w budownictwie, gdzie stosuje sie je jako material do izolacji termicznej i dzwiekochlonnej. Najbardziej rozpowszechnio¬ nymi tego typu tworzywami sa pianka polistyre¬ nowa i pianki poliuretanowe; pierwsza z nich dzieki niskiej cenie i latwo dostepnej bazie su¬ rowcowej, a druga ze wzgledu na mozliwosci otrzymywania wyrobów o róznych fizyko-mecha- nicznych wlasciwosciach i mozliwosci spieniania na miejscu uzytkowania.Na podstawie przeprowadzonych prac okazalo sie, ze istnieje mozliwosc otrzymywania nowego tworzywa piankowego ze spienionego polistyrenu i piankowych poliuretanów. Jak wiadomo jednym z etapów produkcji piankowfego polistyrenu me¬ toda bezcisnieniowa jest spienianie granulek do róznego ciezaru nasypowego, najczesciej 15—30 kg/m*. Wsypane do naczynia granulki zajmuja 66^80% objetosci w zaleznosci od ich wielkosci i wzajemnego ulozenia sie; reszte zas stanowi wol¬ na przestrzen!* tezfeli do tej wolnej przestrzeni doda sie zdolna 10 15 20 25 30 do spieniania kompozycje, na przyklad mieszanine odpowiedniego poliestru z toluidenodwuizocyjania- nami, to podczas spieniania wypelni ona wolne miejsca spieniona masa i polaczy w trwaly spo¬ sób oddzielne granulki.Do wypelnienia wolnej przestrzeni mozna sto¬ sowac rózne spieniajace sie kompozycje, charak¬ teryzujace sie duza adhezja do polistyrenu, nie rozpuszczajace go i spieniajace sie w temperatu¬ rach nizszych od temperatury miekniecia polisty¬ renu. Spienione granulki polistyrenu mozna zas¬ tapic rozdrobnionym polistyrenowym tworzywem piankowym ewentualnie zmieszanym z wypelnia¬ czem wlóknistym lub innym.Wlasciwosci mechaniczne tworzywa piankowego otrzymanego wedlug wynalazku zaleza od wlasci¬ wosci obu skladników to jest spienionych granu¬ lek polistyrenowych i pianki poliuretanowej, prze¬ de wszystkim od ich ciezarów objetosciowych.Zmienajac ciezary objetosciowe otrzymuje sie ma¬ terial o dosc róznych fizyko-mechanicznych wlas¬ ciwosciach, poczynajac od bardzo lekkiego mate¬ rialu bedacego tylko wypelnieniem i konczac na piankach sztywnych znajdujacych zastosowanie jako material konstrukcyjny. Przez zmiane elas¬ tycznosci pianki poliuretanowej oraz stopnia spie¬ nienia granulek otrzymuje sie pianke wedlug wy¬ nalazku mniej lub bardziej elastyczna, zaleznie od jej przeznaczenia.Do produkcji piartek wedlug wynalazku spel- 550633 niajacych role izolacji termicznej wskazane jest uzywanie intensywnie spienionych granulek poli¬ styrenu o ciezarze nasypowym 12—20 kg/m8, lub nawet lzejszych, majacych ciezar nasypowy 5—9 kg/m8, otrzymanych przez zastosowanie wielokrot¬ nego spieniania. Pianka poliuretanowa powinna byc tez najlzejsza, o ciezarze objetosciowym 30—35 kg/m8. W ponizszej tablicy podano ciezar objetos¬ ciowy pianki otrzymanej wedlug wynalazku w za¬ leznosci od ciezaru nasypowego spienionych granu¬ lek i ciezaru objetosciowego pianki poliuretanowej wypelniajacej wolna przestrzen.Ciezar nasypo¬ wy granulek Ciezar objeto¬ sciowy pian¬ ki poliureta- r nowej Ciezar objeto¬ sciowy pian¬ ki wedlug wynalazku kg/m3 kg/m3 kg/m3 6,0 35 16 150 56 15,0 35 22 150 62 30,0 35 32 150 72 150,0 35 110 150 150 Stosowanie pianki wedlug wynalazku w charak¬ terze izolacji termicznej lub akustycznej przynosi znaczne oszczednosci. Wynikaja one z tego, ze pianka poliuretanowa zostaje zastapiona ?—4 krot¬ nie tanszym piankowym polistyrenem.Dotychczas do otrzymania 1 m8 izolacji koniecz¬ ne bylo zuzycie 1 m8 pianki poliuretanowej. Przy stosowaniu metody wedlug wynalazku zuzycie to zmniejsza sie do okolo 0,3 m8, czyli o okolo 70%.Innym czynnikiem wplywajacym na zwiekszenie oszczednosci jest znacznie mniejsze wagowe zuzy¬ cie materialu dzieki mniejszemu ciezarowi obje¬ tosciowemu spienionych granulek polistyrenu. Do otrzymania pianki poliuretanowej o objetosci 1 m8 trzeba bylo jej zuzyc minimum 30—40 kg.Niezbedny ciezar spienionych granulek polistyrenu dla otrzymania tej samej objetosci wynosi 8—16 kg, czyli jest okolo trzykrotnie mniejszy.Wytwarzana wedlug wynalazku pianka moze byc zastosowana do wypelniania szczelin o róz¬ nych szerokosciach. W tym celu szczeline zapelnia sie spienionymi granulkami o srednicy zaleznej od wymiarów szczeliny i wlewa sie zdolna do spie¬ niania kompozycje taka jak mieszanina izocyja¬ nianów z poliestrami, która jednolicie wypelni cala wolna przestrzen. W przypadku, jesli wyso¬ kosc szczeliny bedzie dosc znaczna operacje zapel¬ niania granulkami i zalewania kompozycja mozna wielokrotnie powtarzac.Do produkcji pianek wedlug wynalazku mozna stosowac równiez odpady powstajace przy pro¬ dukcji plyt lub ksztaltek z piankowego polistyre¬ nu, czyniac metode bardziej uniwersalna i opla¬ calna. Odpady te przed wykorzystaniem powinny byc rozdrobnione do wymiarów zblizonych do wielkosci granulek.W celu zmniejszenia wolnej przestrzeni pomie¬ dzy rozdrobnionymi kawalkami lub spienionymi 55063 4 granulkami, a tym samym zmniejszeniu ilosci pianki poliuretanowej, wskazane jest wstepne lek¬ kie ich ubijanie i sprasowanie.Stosujac metode wedlug wynalazku mozna wy- 5 twarzac materialy warstwowe, przy czym warstwe wewnetrzna stanowi mieszanina spienionych gra¬ nulek ze spieniajaca sie kompozycja, a warstwe zewnetrzna blacha lub folia metalowa, sklejka, drewno, inne materialy piankowe, folia z tworzyw 10 sztucznych, papier.Przy uzyciu do produkcji pianki wedlug wyna¬ lazku spienionych granulek o duzym ciezarze na¬ sypowym, wynoszacym 150—300 kg/m8 i kompo¬ zycji zywicy dajacej po spienieniu pianke o podob- 15 nym ciezarze objetosciowym otrzymuje sie mate¬ rial konstrukcyjny, który dzieki duzej wytrzyma¬ losci i latwosci obróbki mechanicznej zastepuje drewno. Dzieki tym zaletom, a takze latwosci wy¬ konania w formach detali o skomplikowanych 20 ksztaltach, pianka moze zastapic i zmniejszyc lub wyeliminowac zuzycie drewna w przemysle me¬ blarskim, przy produkcji stolarki budowlanej, w przemysle obuwniczym oraz innych.Dodatkowa poprawe mechanicznych wlasnosci 25 pianki otrzymanej wedlug wynalazku uzyskuje sie przez wprowadzenie napelniaczy, przede wszyst¬ kim wlókna szklanego, równomiernie rozprowa¬ dzonych w wolnej przestrzeni miedzy granulkami.Dlugosc wlókna moze byc rózna i zalezna jest od 30 wymiarów spienionych granulek lub rozdrobnio¬ nych odpadów, nie powinna byc jednak mniejsza od 2—3 krotnej ich wielkosci. Dzieki dobrej ad¬ hezji pianki poliuretanowej do szkla i polistyrenu nastepuje umiejscowienie wlókien szklanych, które 35 znacznie polepszaja wytrzymalosc pianki na roz¬ ciaganie i zrywanie.Produkcja plyt lub innych ksztaltek o stalym profilu wedlug wynalazku moze odbywac sie takze w sposób ciagly wykorzystujac do tego celu typo- 40 we urzadzenie produkcyjne pianki poliuretanowej.Nalezy tylko zapelniac w ciagly sposób spienio¬ nymi granulkami komore do której doprowadza sie przygotowana kompozycje poliestru i izocyja¬ nianu. 45 Przy wytwarzaniu wedlug wynalazku plyt, blo¬ ków lub innych ksztaltek o duzych grubosciach, celem zapewnienia równomiernego wypelnienia i skrócenia drogi jaka przebywa powstajaca pian¬ ka poliuretanowa nalezy w pierwszym stadium 50 spieniania rozprowadzic ja równomiernie na po¬ wierzchni granulek. Dokonuje sie tego przy po¬ mocy urzadzenia wedlug wynalazku przedstawio¬ nego na rysunku.Urzadzenie to sklada sie z przenosnika srubo- 55 wego 8 w którym znajduje sie slimak 7, nape¬ dzany przy pomocy silnika oraz przekladni 6.Transporter posiada przekrój cylindryczny i za¬ konczony jest ustnikiem 9 nadajacym ostateczny ksztalt piance. Po wyjsciu z ustnika tworzywo 6n piankowe kierowane jest na uklad dwóch przenos¬ ników tasmowych 5 i rolek oporowych 10 gdzie zachodzi ostateczne wypelnienie wolnej przestrzeni pomiedzy granulkami i utwardzenie pianki poliu¬ retanowej. Gotowy wyrób 11 wychodzi z ukladu 65 przenosników tasmowych. Dozowanie spienionych5 " granulek lub kruszywa odbywa sie poprzez otwór 1 znajdujacy sie na poczatku przenosnika srubowe¬ go, a kompozycja poliestru z dwuizocyjanianami jest przygotowywana w mieszalniku 2 badz tez przy pomocy pistoletu i dozowana przez otwór 3. 5 Umiejscowienie otworu dozujacego powinno byc takie, aby spieniajaca sie i wypelniajaca wolne przestrzenie kompozycja nie przedostawala sie do miejsca dozowania spienionych granulek. Z dru¬ giej zas strony odleglosc otworu dozujacego od 10 ustnika powinna byc taka, aby zapewnila moz¬ liwie najdokladniejsze rozprowadzenie spieniaja¬ cej sie kompozycji na powierzchni granulek lub kruszywa. Zewnetrzna fakture 4, na przyklad pa¬ pier, folie z tworzyw sztucznych podaje sie do 15 szczeliny znajdujacej sie w ustniku 9. W celu zmniejszenia zuzycia spieniajacej sie kompozycji, zabezpieczenia jednorodnosci wytwarzanej wedlug wynalazku pianki i ulatwienia przesuwania sie jej przez ustnik konieczne jest, aby dozownik srubowy » podawal spienione granulki z niewielkim nad¬ miarem, powodujac ich lekkie sciskanie i ubija¬ nie.Urzadzenie wedlug wynalazku umozliwia jedno¬ czesne nanoszenie na powierzchnie pianki folii, 25 papieru, tkaniny, blachy. Nanoszone materialy nie potrzebuja byc perforowane, albowiem wydziela¬ jacy sie podczas spieniania kompozycji nadmiar gazu bedzie kierowal sie do otworu dozujacego spienione granulki i uchodzil na zewnatrz. w Przyklad I. W kubku papierowym o po¬ jemnosci 300 ml i wysokosci 5 cm przygotowuje sie mieszanine poliestru z dwuizocyjanianami i do¬ datkiem wody oraz substancji powierzchniowo czynnych w ilosci lOg, która po spienieniu daje 35 pianke o ciezarze objetosciowym 150 g/l. Po krót¬ kotrwalym dokladnym wymieszaniu dodaje sie 295 ml spienionych granulek o ciezarze nasypowym 18 g/l i przykrywa perforowana plyta metalowa lekko ja obciazajac. Powstajaca pianka poliure- « tanowa zapelnia wolna przestrzen pomiedzy gra¬ nulkami, a jej nadmiar wyplywa na zewnatrz przez otworki w plytce. Po utwardzeniu pianki poliuretanowej otrzymuje sie jednorodna kompo¬ zycje piankowa o ciezarze objetosciowym okolo 45 30 g/l.Przyklad II. Postepuje sie analogicznie jak. w przykladzie I stosujac mieszanine poliestru i dwuizocyjanianów dajaca po spienieniu pianke o ciezarze objetosciowym okolo 35 g/l i dodajac so spienione granulki polistyrenu o ciezarze nasypo¬ wym 6 g/l. Otrzymuje sie pianke charakteryzujaca sie duza elastycznoscia i ciezarem objetosciowym 15—16 g/l.Przyklad III. Do naczynia o wysokosci 20— 55 30 cm wsypuje sie spienione granulki polistyre¬ nowe o ciezarze objetosciowym 16 g/l w takiej ilosci, aby otrzymac warstwe o grubosci 3—5 cm.Po lekkim docisnieciu perforowana plyta meta¬ lowa wlewa sie do srodka przygotowana miesza- M nine poliestru i dwuizocyjanianu i trzyma do czasu, az powstala pianka poliuretanowa lekko zzeluje i nie pozwoli unosic sie granulkom. Po 6 tym czasie wsypuje sie nastepna porcje granulek o podobnej grubosci i wlewa nowa porcje mie¬ szaniny. Operacje powtarza sie do calkowitego wy¬ pelnienia naczynia masa piankowa.Przyklad IV. Postepuje sie analogicznie jak w przykladze I stosujac spienione granulki poli¬ styrenowe o ciezarze nasypowym 300 g/l i wy¬ miarach 1—3 mm. Po utwardzeniu otrzymuje sie twarda i sztywna pianke o ciezarze objetosciowym okolo 350 g/l.Przyklad V. Do naczynia o pojemnosci 400 cm8 i wysokosci 4 cm wsypuje sie spienione gra¬ nulki polistyrenowe o ciezarze nasypowym 250 g/l wsród których równomiernie rozprowadzono 8 g cietego wlókna szklanego. Po przykryciu, do na¬ czynia wlewa sie kompozycje zlozona z poliestru i dwuizocyjanianu, dajaca po spienieniu pianke o ciezarze objetosciowym 220 g 1. Utwardzona pianka polistyrenowa stanowi wraz z granulkami i wlók¬ nem szklanym twarde sztywne tworzywo o bardzo duzej wytrzymalosci mechanicznej.Przyklad VI. Naczynie, którego dno wyko¬ nane jest ze sklejki drewnianej, a scianki boczne z papieru wypelnia sie spienionymi granulkami polistyrenowymi o ciezarze nasypowym 18 g/l i przykrywa sie sklejka. Przez niewielki otwór w pokrywie górnej lub sciance bocznej wlewa sie kompozycje spieniajaca, która wypelnia wolna przestrzen miedzy granulkami i jednoczesnie po¬ woduje przylepienie sie utworzonej kompozycji piankowej do scianek. Otrzymuje sie w rezultacie konstrukcje „sandwich". PL