SE505638C2 - Förfarande för framställning av cellplast - Google Patents

Description

505 ázs i . eller straltvärbundna före eller i förening med expan- sionen. Härvid uppnås en gynnsammare viskositetskurva be- roende av temperaturen.

Vid strängsprutning av plastskum är själva expan- sionen beroende av plastens viskositet och smältans drag- förmåga, jäsmedlets gastryck och det yttre trycket samt växelverkan mellan smältan och jäsmedlet.

Ehuru plastskum har större friktion mot väggen i ett verktyg förbundet med en plastbearbetningsmaskin, exem- pelvis en strängsprutmaskin, än icke expanderad plastmassa, är det vanligtvis en önskan att expansionen först sker efter att plastmassan har lämnat verktyget. En förutsätt- ning för detta är att det yttre trycket pà smältan som innehåller aktivt jäsmedel är tillräckligt högt för att hindra expansion. Efter plastbearbetningsmaskinens verktyg sjunker i dagens kända produktionsprocesser det utvändiga trycket pà plastmassan och plasten expanderar pá grund av övermättnad av gasen i plastmassan.

En processparameter som har stort inflytande pà cell- strukturen och därmed extrudatets kvalitet är massatempe- raturen. Vid för làg massatemperatur kommer pá grund av en relativt hög smältviskositet plastmassan inte att kunna expandera fullt ut och den får en relativt hög egenvikt. Om massatemperaturen är för hög kommer smältviskositeten att bli làg, något som lätt leder till upprivning av cellerna med hög egenvikt som resultat.

För att kunna producera plastskum med làg, jämn egen- vikt och täta celler är det nödvändigt att producera ett extrudat där gascellerna icke blir rivna i stycken pà grund av en ojämn hastighet i strömningsriktningen vid utloppet av formverktyget där trycket reduceras och gascellerna bildas. Det är samtidigt nödvändigt att ha ett yttre tryck pà plastmassan bàde i plastbearbetningsmaskinen och i verk- tyget som hindrar expansion av plastmassan.

Dessa tvà kriterier är i dag begränsande för möjlig- heterna att producera tryckta profiler av plastskum med täta celler i en automatisk process där plastskum har làg 3 .läns ess egenvikt som är jämn över hela tvärsnittet. Detta gäller särskilt vid bruk av kemiska jäsmedel eftersom gastrycket i kemiska jäsmedel (som exempelvis azodikarbonamid eller natriumbikarbonat) år langt högre än gastrycket i de fysi- kaliska jäsmedlen som vanligtvis brukas (exempelvis CFO- gaser. C02 eller Na).

Problemen med skjuvning av plastmassan och upprivning av gascellerna vid tryckreduktion minskas i dag genom att man antingen begränsar tillsättningen av jäsmedel eller att plastmassan har starkt begränsad skikttjocklek vid uppbyggnaden av trycket och vid expansionen. Detta gäller särskilt för kemiska jäsmedel, men också vid bruk av fysi- kaliska jäsmedel har man stora begränsningar.

Det är ofta en önskan att kunna utnyttja kemiska jäs- medel också för tjocka skumplastprodukter eftersom själva produktionsprocessen vanligtvis är enklare än vid bruk av fysikaliska jäsmedel och slutprodukternas egenskaper van- ligtvis kan styras bättre än vid bruk av fysikaliska jäsmedel.

Detta beror bland annat pá det högre gastrycket i kemiska jäsmedel jämfört med gastrycket i fysikaliska jäsmedel.

Det har utvecklats olika verktygsprinciper i förening med kontinuerlig produktion av skum, speciellt i förening med strängsprutning. Ett strängsprutningsverktyg har speci- ellt tva viktiga funktioner: 1) Uppbyggnad av tillräckligt tryck i verktyget och extrudern. 2) Formning av extrudatet till önskad form.

Kontinuerlig uppskumning av termoplast sker pà tvâ principiellt olika sätt: 1) Fri expansion. 2) Styrd expansion.

Fri expansion brukas vanligtvis till relativt enkla profiler. Det expanderade extrudatet fångas normalt upp av en kalibreringsenhet pá kort avstånd efter verktygets utlopp. Det nödvändiga massatrycket i verktyget byggs normalt upp av verktygets läppar. sus 638 i 4 kr Vid expansion inuti byggs det nödvändiga massatrycket upp med hjälp av en torped i verktyget och kalibreringsenheten sitter fast pà själva verktyget. Kalibreringsenheten har samma invândiga form som verktygsdysan. Smältan kyls ut- vändigt och hålls fast till kalíbreringsenhetens väggar med hjälp av vakuum. Samtidigt gör en insättning i verk- tyget det möjligt för extrudatet att expandera över i kali- breringsenheter. Denna metod brukas till framställning av rör, plattor och profiler. Slutprodukten har en kompakt glatt hud med mot kärnan lägre egenvikt. Denna metod är känd som "Celuka-processen".

Det finns kombinationer av metoder för fri expansion och "Celuka-processen". Det framställs också hàlprofiler med i princip en liggande "Celuka-process".

Det utnyttjas också olika typer av samextrudering av icke expanderat hudmaterial och uppskummade kärnmate- rial.

En annan process som bygger upp trycket i verktyget och ger relativt liten skjuvning av materialet vid expan- sionen är den s.k. "Woodlite-processen”. Detta är en metod för strängsprutning av expanderade stänger som efter ut- löpning ur verktyget sammansvetsas till en enhet. Det änd- liga extrudatet har emellertid ojämn struktur och làg böj- styrka pà grund av delvis dålig sammansvetsning av de olika extrudaten.

En princip som speciellt utnyttjas för produktion av expanderade rör är “Armocell-processen". Med hjälp av en speciell konstruktion av verktygets flytkanal byggs ett tillräckligt tryck upp som förhindrar för tidig expan- sion av smältan. Det uppskummade röret greppas på kort avstånd fràn verktyget av en kalibreringsenhet.

Alla de ovan nämnda typerna av verktyg ger stora be- gränsningar beträffande produktens egenvikt, procentdel av täta celler och formen. Detta beror bl.a. pà att uppbyggna- den av det nödvändiga massatrycket för att undgå för tidig expansion är baserat pà friktionen mellan varm plastmassa och verktyg. tfsos ess Föreliggande uppfinning har till avsikt att förbättra den kända tekniken och att utvidga dess användningsområde samtidigt som problemen vid känd teknik och de därur följ- ande begränsningarna undviks.

Med avseende pà detta berör föreliggande uppfinning ett förfarande av den inledningsvis nämnda typen omfat- tande: al matning av råmaterial till en plastbearbetningsmaskin, genom att förfarandet kännetecknas av att det ytterligare omfattar: b) knàdning av rámaterialet i plastbearbetningsmaskinen under förhållande för temperatur och tryck som vid en- bart tryckavlastning ger en expanderande massa, c) överföring av plastmassan direkt till en kylzon, d) avkylning av massan i kylzonen till en löpande massa med hög viskositet och styvhet och tillnärmelsevis plan hastighetsprofil under tryck som bildas av en uppströms riktad tryckkomponent, e) eventuellt steglös överföring till en bromsning-uppe- hàllszon, f) för uppbyggnad av den uppströms riktade tryckkompo- nenten intill trycket i plastmassan i de uppströms befintliga zonerna är tillräcklig till att plastmassan icke expanderar, g) styrning av expanderande massan till önskad densitet efter överföring till en uppvärmning-/expansions-/- formningszon.

Uppfinningen skall nedan förklaras mer i detalj under hänvisning till de bifogade ritningarna i vilka figurerna 1 och 2 visar tvà möjliga apparatuppsätt- ningar för genomföring av sekvensföljden a) till g) ovan.

Termoplast, jäsmedel och eventuellt andra processreg- lerande ämnen och tillsatser matas till en plastbearbetnings- maskin av i och för sig känd typ, t.ex. en strängsprutare 1, för att knàdas samman under förhållanden för tryck och tem- peratur som vid enbart tryckavlastning ger en expanderad IIIBSSB . 505 638 ha Strängsprutare av olika typer och också blandningsbe- tingelser som utnyttjas i sådana strängsprutare är kända och beskrivs inte i närmare detalj häri. Det väsentliga är att man undviker att jäsmedlet får anledning till att expan- dera i själva plastbearbetningsmaskinen_ Plasten knådas på ett sådant sätt att alla delar av massan fár tillnärmelsevis samma temperatur och för att detta skall uppnås relativt snabbt har man en relativt god kontroll över eventuellt exoterm eller endoterm värme- utveckling från ett kemiskt jäsmedel.

På grund av den snabba uppvärmningen av hela plastmas- san vid den mekaniska bearbetningen uppnår man också en snabb sönderdelning av ett eventuellt kemiskt jäsmedel.

För att undvika det problem som i dag föreligger i sam- band med de kända processerna och de kända principerna för strängsprutningsverktyg för att uppnå tillräckligt högt tryck i verktyg och strängsprutare där gascellerna till stor del rives i bitar vid utloppet från strängsprutningsverktyget (för att uppbyggnaden av trycket är baserad på skjuv- verkan/friktion) utnyttjar man enligt uppfinningens för- farande en uppbyggnad av ett tillräckligt tryck i verk- tyget och strängsprutaren för att undvika den för tidiga expansionen av plastmassan genom att plastmassan efter nedkylning bromsas så att plastmassan bildar en kontinuerlig “pistong“ för uppbyggnad av det nödvändiga trycket så att det icke sker någon skjuvning med därigenom följande uppriv- ning av gascellerna.

Uppbyggnaden av det nödvändiga trycket i verktyget och strängsprutaren sker genom att plastmassan vid utgången av extruderingsverktyget 1 under tryck kyles ned tillräck- lig 2 i en kontinuerlig process så att styvheten i plast- massan är tillräckligt hög för att plastmassan kan bromsas med en bromsanordning 3, som exempelvis kan vara ett kon- tinuerligt rörligt band. Uppbromsningen av plastmassan styrs så att det tryck som byggs upp i plastmassan är till- räckligt högt för att plasten inte skall expandera. Från extruderingsverktyget eller formningsanordningen efter 638 strängsprutaren ma plastmassan hallas under stort yttre tryck utan att det finns friktion mellan den begränsande väggen plastmassan eller att friktionen mellan väggen och plastmassan är tillräckligt liten för att gascellerna som bildas efter att trycket minskas, inte rivs sönder.

Genom att det inte är nagon friktion mellan väggen och plastmassan eller att friktionen är mycket liten, kommer plastmassan i denna kylanordning 2 att röra sig med en hastig- het som är lika genom hela plastmassan. Detta betyder att det inte uppstår skjuvning mellan olika skikt i plastmassan i rörelseriktningen eller endast obetydlig skjuvning.

Nedkylnihgsanordningen 2, som mà vara direkt förbunden med verktyget/formningsanordningen, kan vara direkt förbunden med bromsanordningen 3 eller kylanordningen 2 och broms- anordningen 3 kan vara en enhet. Detta kan exempelvis utföras genom att nedkylningen av plastmassan försiggàr mellan kon- tinuerligt ändlösa stàlband, där stálbanden har lag tempe- ratur. Genom styrning av stálbandens hastighet kan massa- trycket regleras.

Efter att massan har bromsats tillräckligt och till- räckligt tryck har uppnåtts med hjälp av bromsanordningen 3, värms plastmassan upp 4 samtidigt som trycket minskas, sà att plastmassan kan expandera. Uppvärmningen kan ske kontinuerligt direkt i anknytning till kyl- 2 eller broms- anordningen 3, t.ex. med hjälp av uppvärmda ändlösa stäl- band eller uppvärmningen kan exempelvis ske genom att den nedkylda plastmassan uppvärmes i samband med transport genom en värmetunnel med varm luft. Den nedkylda plast- massan kan också uppvärmas exempelvis i vätskebad.

Genom att plastmassan uppvärmes antingen genom till- försel av yttre värme eller genom att plastmassans inre och yttre temperatur utjämnas eller genom en kombination av tillförsel av yttre värme och temperaturutjämning i plastmassan, kommer plastmassan att expandera tills det uppnås jämvikt mellan de inre expansionskrafterna i plast- massan och spänningarna i plastmassan. 505 éss ä ts Anordningen 2 för nedkylning av plastmassan efter ut- löpning ur verktyget/formningsanordningen med ingen eller liten friktion mellan begränsande väggar och plastmassan, bromsnings-/uppehállsanordningenoch värmeanordningen, kan konstrueras pá flera särskilda sätt.

Exempel pà detta är följande: Kylanordningen 2 som är direkt förbunden med verk- tyget/formningsenheten efter strängsprutaren kan vara en statisk kylare med lika eller tillnärmelsevis lika invändigt tvärsnitt som tvärsnittet vid utloppet av verktyget/form- ningsanordningen. Väggarna i det inre tvärsnittet må ge minimal friktion mellan vägg och plastmassa. Det kan exem- pelvis göras genom att de invändiga väggarna högglans- poleras eller förkromas. Samtidigt kan det också kondtinuer- ligt tillföras ett smörjande medium mellan de invändiga väggarna i kylanordningen och plastmassan så att friktionen ytterligare reduceras. Nedkylningen kan ske genom att kyl- enheten exempelvis kyles med tempererad olja i kanaler i kylenhetens väggar. Kylanordningen kan också vara försedd med ändlösa stàlband som kyles och pressas mot plastmassan.

Bromsanordningen 3 efter kylanordningen 2 kan exempel- vis bestå av tvà eller flera valsar som pressas mot det styva nedkylda plastmaterialet eller bromsanordningen kan bestà av satser med ändlösa band som kan tryckas emot plast- massan, där hastigheten kan regleras så att trycket i bakomvarande plastmassa kan regleras.

Värmeenheten 4 efter bromsning/uppehàllsanordningen kan exempelvis vara en kammare fylld med varm vätska, där strycket kan regleras. Värmeanordningen kan också vara satser av ändlösa band som uppvärmes. Uppvärmningen av plast- massan kan också exempelvis ske i en statisk värmeenhet med ett invändigt tvärsnitt som är lika eller tillnärmelse- vis lika med plastmassans tvärsnitt efter utloppet fràn bromsningsanordningen. Den statiska uppvärmningsanordningen mà ha ingen eller mycket lág friktion mellan de inre vägg- arna i uppvärmningsanordningen och plastmassan. Uppvärm- ningen kan också ske i en värmekammare där plastextrudatet rör sig fritt. °i .išos ess Det kan ofta vara fördelaktigt att företa uppvärmningen av plastmassan under tillräckligt högt tryck för att plast- massan inte skall expandera 1 själva uppvärmningsenheten.

Därmed uppnas en mycket snabbare uppvärmning av plastmassan - detta eftersom det termiska isolationsvärdet i plast- massan drastiskt ökar när den är expanderad.

Friktionen mellan de inre väggarna i uppvärmningsenheten och plastmassan bör vara minimal eftersom den annars kommer att kunna ge upphov till svårigheter för en optimal styrning av trycket i plastmassan bakåt i extruderingsverktyget och strängsprutaren. Dessutom är styrningen av expansionen mycket enklare eftersom man inte har någon eller minimal friktion mellan värmeenheten och plasten.

När plastextrudatet uppvärmes under tryck reduceras det yttre trycket efter att alla delar av extrudatet har bringats till den önskade temperaturen och plasten kan expan- dera tills det uppnás jämvikt mellan de inre expansions- krafterna och spänningarna i plasten.

När plastextrudatet uppvärmes tryckfritt (exempel- vis i en värmekanal) kommer plasten att expandera samtidigt med uppvärmningen.

I denna beskrivning har speciellt beskrivits ett för- farande vari en eller flera plaststrängsprutare utnyttjas men en godtycklig kontinuerlig eller delvis kontinuerlig plastbearbetningsmaskin som tillfredsställer kraven beträf- fande bearbetningsgrad, temperatur/tryckförhállande kan utnyttjas.

Beskrivning och exempel pà plastblgndningar och process- betingelser Som tidigare nämnts bör man vid sammanställningen av en plastblandning/recept, ta hänsyn till den plastbearbet- ningsmaskin som skall utnyttjas och bestämma de egenskaper som man önskar att slutprodukten skall ha. Utvecklingen av föreliggande process har skett genom användning av PVC.

Som plastbearbetningsmaskiner har utnyttjats följande: De olika komponenterna i plastblandningen har blan- dats/mixats i en vanlig varm/kall, vertikal/vertikal plast- sos 638 1 Q blandare. Som homogeniseringsmaskin/gelningsmaskín för PVC-blandningen har utnyttjats en extruder med dubbelskruv (110 mm granuleringsenhet). Som plastbearbetningsmaskin i förbindelse med dekomponeringen av det kemiska jäsmedlet har utnyttjats en extruder med enkelskruv (90 mm).

Man har utnyttjat olika verktyg/formningsenheter, bland annat ett verktyg för produktion av ca 50 mm rund profil.

Som kylenhet har utnyttjats en statisk anordning vari väg- arna kyldes. Samtidigt som det tillfördes ett flytande glid- medel mellan de inre väggarna i kylanordningen och plast- massan. Som bromsning/uppehállsanordning har utnyttjats ett system med ändlösa band. Uppvärmningen av plastmassan har skett i ett statiskt system med uppvärmda väggar.

I utvecklingsarbetet har också utnyttjats en kyl-/broms- nings- och uppvärmningsanordning byggd som en enhet baserad pà löpande väggar i form av ändlösa stàlband.

Exempel på plastblandningar som har utnyttjas är följ- ande: (Alla blandningar är baserade pà PVC-termoplast) Exempel 1 PVC (M-typ K-tal ca 60) 100 Pe-vax 0,8 Ca-stearat 0,4 tribasiskt blysulfat 10 dibasiskt blystearat 2 azodikarbonamid 1 natriumbikarbonat 15 polymetylmetakrylat 1 2 dioktylftalat (DOP) 16 11' rfsos ess EK§mB§l_2 PVC (M-typ K-tal Ca 60) 100 Pe-vax 0,2 kalciumlaurat 0,3 tribasiskt blysulfat 10 dibasiskt blystearat 1 azodikarbonamid 1 natriumbikarbonat 25 polymetylmetakrylat (PMMA) 15 dioktylftalat (DOP) 25 Receptet i exempel 1 gav PVC-skum med specifik egenvikt av ca 0,1 (ca 100 kg/ma).

Receptet i exempel 2 gav PVC-skum med specifik egenvikt av ca 0,07 (ca 70 kg/m3).

De olika komponenterna i de ovanstående plastblandning- arna blandades i en varm/kall, vertikal/vertikal snabbmix till en temperatur av ca 120°C- Efter avkylning av blandningen tillfördes den en granu- leringsenhet bestàende av en extruder med dubbel skruv. Plast- massans temperatur i granuleringsenheten vid utloppet var ca 130°C. Granulatet tillfördes därefter en enkelskruv 90 mm extruder som var förlängd till ca 40 D.

Trycket i extrudern ökades omedelbart efter införings- området till ca 1 200 bar. Trycket reducerades till ca 250 bar vid maskinens utlopp. Massatemperaturen ökades omedelbart efter införingsomràdet till ca 210°C. Massatem- peraturen minskades till ca 16S°C vid maskinens utlopp.

Massatemperaturen vid utloppet av expansionsanordningen (bestående av kylenhet, bromsningsanordning och uppvärm- ningsenhet) var ca 120°C.

Det kan i vissa fall vara önskvärt att tvärbinda (för- näta) plastskummet. Detta kan exempelvis ske medelst be- strålning, medelst peroxider, medelst användning av amider, medelst användning av silaner eller medelst användning av 12 ;- 505 638 ' ; isocyanater. Pâ grund av fara för tvärbindning av plast- massan i plastbearbetningsmaskinen kan det vara fördel- aktígt att tillsätta tvärbindningsmedlet sent i plast- bearbetningsmaskinen eller omedelbart efter plastbear- betningsmaskinen i en egen blandningsenhet.

Claims (1)

1. pfläbš sas 13 PATENTKRAV Förfarande för kontinuerlig eller delvis kontinuerlig framställning av cellplast från en plastmassa innehållande jäs- medel och eventuellt andra processreglerande ämnen och till- satser p a) b) C) d) e) f) 9) omfattande: matning av råmaterialen till en plastbearbetningsmaskfli, knådning av råmaterialen i plastbearbetningsmaskinen under förhållanden för tryck och temperatur som vid en- bart tryckavlastning ger en expanderad massa, k ä n - n e t e c k n a t av att det ytterligare omfattar: överföring av plastmassan direkt till en kylzon, avkylning av massan i kylzonen till en löpande massa med hög viskositet och styvhet och tillnärmelsevis plan hastighetsprofil under tryck som bildas av en uppströms riktad tryckkomponent , eventuellt steglös överföring till en bromsnings-/uppe- hållszon, för uppbyggnad av den uppströms riktade tryckkomponenten intill trycket i plastmassan i de uppströms befintliga zonerna är tillräcklig för att plastmassan inte skall expandera, styrning av expanderad massa till förutbestämd densitet efter överföring till en uppvärmnings-/expansions-/form- ningszon.