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Spritzgießverfahren zum Herstellen von Schaumgebilden aus ausdehnbaren
Körnchen aus thermoplastischsem harzartigem Material Es ist bekannt, ausdehnbare
Körnchen aus thermoplastischem Material zur Herstellung von geformten Schaumgebilden
durch Spritzverformung zu verarbeiten. Dabei wird die Kunststoffmasse in eine Gießform
eingebracht, in der sich dann das aufschäumbare Polymerisat bis zu den Grenzen der
Gießform zu dem geformten Schaumgebilde ausdehnt. Ferner ist auch vorgeschlagen,
die in die Form eingebrachte Kunststoffmasse unter Druck zu kühlen, anschließend
den Druck zu entfernen und dann die Ausdehnung des Formstückes eintreten zu lassen.
Es ist auch eine Auspreßvorrichtung bekannt, die am Austrittsende eine das Ausströmen
beschränkte Austrittsöffnung hat, um einem vorzeitigen Aufblähen der Kunststoffmasse
vorzubeugen. Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, Schaumstoffe mit fester Außenhaut
herzustellen.
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Wenn auch verschiedenartige Verfahren zum Verformen oder Gestalten
von ausdehnbaren Körnchen und ähnlichen getrennten Teilchen aus ausdehnbaren, thermoplastischen,
harzartigen Stoffen zu geformten Schaumgebilden bekannt sind, so handelt es sich
gewöhnlich doch um eine verhältnismäßig langsame, unbequeme und langwierige Verfahrens-
und Arbeitsweise. Es wäre vorteilhaft und sehr erwünscht, ein schnelleres, wirksameres
und leichteres Verfahren für solche Zwecke zu finden. Es wäre ferner vorteilhaft,
verbesserte geformte Gegenstände zu erzeugen, die leicht erhalten werden könnten.
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Die Erfindung betrifft ein Spritzgießverfahren zum Herstellen von
Schaumgebilden aus ausdehnbaren Körnchen aus thermoplastischem harzartigem Material,
das dadurch gekennzeichnet ist, daß man einen Teil der durch die Spritzkammer einer
Spritzgießvorrichtung hindurchzupressenden Körnchen des thermo plastischen harzartigen
Materials in einer ersten kalten Zone der Spritzkammer bei einer unterhalb der Schäumtemperatur
liegenden Temperatur zusammenpreßt, während ein anderer, unter dem erzeugten Preßdruck
stehender Teil der Körnchen in einer an die kalte Zone sich anschließenden zweiten
erwärmten Zone auf Schäumtemperatur erwärmt wird, und daß anschließend ein Teil
der erwärmten, in fließfähigem Zustand befindlichen Masse in eine Austrittszone
der Kammer gepreßt wird, aus der die Masse unter Behinderung des freien Ausströmens
in eine Gießform eingespritzt wird, worin das Aufschäumen erfolgt.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung erleichtert die schnelle und wirksame
Herstellung von geformten Schaumgebilden unter Verwendung einer üblichen Spritzgießvorrichtung.
Ferner gestattet es, ganz aus Kunststoff bestehende, schichtartige Schaumformlinge
normalerweise in einem Arbeitsgang zu erhalten, wogegen nach ueblichen Verfahren
mindestens zwei Verfahrensstufen erforderlich sind, nämlich zuerst die Herstellung
der Schaumstruktur und dann das Aufschichten der gewünschten Kunststoffschicht oder
Kunststoffschichten auf ihre Oberfläche.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird in Fig. 1 der Zeichnung, die
nur eine erklärende symbolische Wiedergabe sein soll, erläutert und wiedergegeben.
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In F i g. 1 bedeutet 11 eine entleerbare Sputzkammer einer Spritzgießvorrichtung,
12 einen Kolben zum Pressen der Masse durch die Kammer, 13 die kalte Zone, 14 die
erwärmte Zone, 15 die Austrittszone und 16 ein Mittel zur Verhinderung des Ausströmens.
17 ist eine gewöhnliche Gießform und 18 eine verstellbare Gießform. Weiterhin bedeutet
19 den zusammengepreßten Teil der eingefüllten Masse und 20 den fließfähigen Teil
der eingefüllten Masse.
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Zweckmäßig ist die Menge der ausdehnbaren Körnchen aus thermoplastischem
harzartigem Material, die jede Beschickung der Kammer ausmacht, ausreichend, um
mehrere Gießformen während mehrerer aufeinanderfolgender Ausformungen zu füllen.
Es ist eswunscht, das Ausfließen der erwärmten Masse aus der Austrittszone der Kammer
- außer während der jeweiligen Ausformungen, wenn sie absichtlich ausgepreßt wird
- zu unterbre-
chen. Dies kann mit verschiedenen Mitteln geschehen,
z. B. indem die Austrittszone durch Ventile geschlossen wird, um ein Ausströmen
nur während der jeweiligen Ausformungen zu gestatten, oder ind.m der ausgepreßte
Strom, der in die Form gespritzt wird, durch einen das Ausströmen beschränkenden
Durchgang geleitet wird, in dem die erwärmte Masse - außer während der Ausformungen
- sich durch einen ausreichend großen Druckabfall des ausfließenden Stromes, der
aus der Austrittszone der Kammer in die Gießform gespritzt wird, abgekühlt oder
verfestigt. Der das Ausströmen beschränkende Durchgang kann einen Teil der Kammer,
einen Teil der Gießform oder einen getrennten, abgeschlossenen Durchgang zwischen
der Austrittszone der Kammer und dem Verschluß oder der Einlaßöffnung der Gießform
darstellen.
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In bestimmten Fällen können geschichtete geformte Schaumgebilde erwünscht
sein, wie dies schematisch in dem Querschnitt in F i g. 2 der Zeichnung ausgeführt
ist. In F i g. 2 bedeutet 21 den inneren Schaumteil und 22 die feste Oberflächenschicht
des ausgedehnten thermoplastischen harzartigen Stoffes.
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In solchen Fällen kann zweckmäßig eine verstellbare Gießform mit einer
vergrößerbaren Begrenzung zu deren Herstellung gemäß dieser Erfindung verwendet
werden. Eine solche Gießform kann nach dem Einspritzen und teilweisen Erkalten des
Teils der eingespritzten ausdehnbaren Masse aus thermoplastischem harzartigem Material
in Berührung mit der Gießform vergrößert werden, um ein geformtes Gebilde mit einer
festen Oberflächenschicht und einem ausgedehnten oder Schauminneren zu erhalten.
Die verstellbare Form wird also mit der fließenden Masse aus ausdehnbarem, thermoplastischem
harzartigem Material bei einer Schäumtemperatur vollgespritzt, wobei das Material
unter einem das, Schäumen unterdrückenden Druck gehalten wird, während es an der
Oberfläche oder von außen von dem thermoplastischen Zustand oder mindestens von
der Schäumtemperatur in der Gießform abgekühlt wird. Nachdem sich eine verfestigte
oder nicht ausdehnbare Oberflächenschicht mit den Eigenschaften des in üblicher
Weise geformten, nicht ausgedehnten, thermoplastischen harzartigen Materials an
der Gießform in der eingespritzten Masse aus thermoplastischem harzartigem Material
gebildet hat, wird der Druck entfernt.
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Die Gießform wird gleichzeitig vergrößert, damit der innere, verhältnismäßig
wenig abgekühlte Teil der Masse, der bei einer Schäumtemperatur verbleibt, sich
ausdehnen und die Verfestigte Oberflächenschicht gegen die vergrößerten Abgrenzungen
der Gießform pressen kann. Zweckmäßig kann für diesen Zweck der Einspritzdruck verwendet
werden, obgleich auch andere Anordnungen zum Einpressen der eingespritzten Masse
in die Gießform geeignet sein können.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung kann unter Bedingungen ausgeführt
werden, die denen gleich oder analog sind, die zum Spritzguß von üblichen, sich
nicht ausdehnenden, thermoplastischen harzartigen Stoffen erforderlich sind. Die
Menge der Beschickung in der entleerbaren Spritzkammer, die Heiztemperatur in der
zweiten Zone der Kammer, der zum Pressen der Masse durch die Kammer während der
aufeinanderfolgenden Ausformungen erforderliche Druck, die Menge erhitzter Substanz,
die je Ausstoß ausgepreßt wird, und die für jede Ausformung erforderliche Zeit hängen
von den Eigenschaf-
ten der Masse aus ausdehnbaren Körnchen aus thermoplastischem
harzartigem Material, wie ihrer Fließ temperatur, Fließviskosität und Schäumtemperatur,
wie auch von der Art der verwendeten Gießformen und den Eigenschaften der verwendeten
Spritzgußvorrichtung ab. Günstige Arbeitsbedingungen sind unter gegebenen Umständen
und Bedingungen für den Fachmann leicht ersichtlich.
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Die meisten üblichen Spritzgußvorrichtungen können zweckmäßig zur
Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden. Die Vorrichtung soll
einen Preßzylinder haben, der eine verhältnismäßig kurze, kalte Zone vor dem Kolben
besitzt, so daß ein Kissen aus zusammengepreßten, ungeschmolzenen Körnchen aus der
Beschickung entstehen kann, um den Druck auf das geschmolzene oder fließfähige Material
in der erwärmten Zone aufrechtzuerhalten, wenn der Kolben zurückgezogen wird und
keinen Druck mehr auf die Masse ausübt.
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Die Temperatur der kalten Zone soll gewöhnlich eine Erweichungstemperatur
nicht überschreiten, die im allgemeinen für die meisten ausdehnbaren, thermoplastischen
harzartigen Stoffe nicht über 93,30 C liegt.
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Es ist zweckmäßig, durch Regelung der Temperatur der Körnchen in der
kalten Zone, insbesondere ihrer Oberflächentemperatur, einen möglichst hohen Reibungskoeffizienten
zwischen den zusammengepreßten Körnchen und den Wänden der Kammer in der kalten
Zone aufrechtzuerhalten. Übliche Kühlmittel können gegebenenfalls zur Regulierung
der Temperatur in der kalten Zone verwendet werden. In gleicher Weise können übliche
Heizvorrichtungen zum Erwärmen der ausdehnbaren Masse in der zweiten erwärmten Zone
verwendet werden. Es ist gewöhnlich zweckmäßig, die angewendete Wärmemenge auf ein
Mindestmaß zu beschränken, nämlich auf diejenige, die erforderlich ist, um die ausdehnbare
Masse in einen fließfähigen Zustand und auf eine Schäumtemperatur zu bringen, die
in den meisten Fällen zusammenfallen.
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Die Menge oder das Volumen der erwärmten Masse in der zweiten erwärmten
Zone sollte so klein geh alten werden, wie es die Praxis gestattet. Zweckmäßig beträgt
es nicht mehr als etwa drei oder vier Ausstöße oder Teile der erwärmten Masse, die
aus dem Zylinder ausgepreßt werden und während jeder Ausformung in die Form gespritzt
werden. Wenn auch ein Zylinder mit einer ausgedehnteren, erwärmten Zone verwendet
werden kann, kann es doch bisweilen schwierig sein, einen ausreichenden Druck auf
die erwärmte Masse auszuüben, um ein Schäumen in der erwärmten Zone bei Anwendung
größerer, erwärmter Volumina befriedigend zu unterdrücken.
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Wenn dies geschieht, ist es gewöhnlich notwendig, den Zylinder zu
reinigen und wiederum mit einer frischen Masse von ausdehnbaren Körnchen aus dem
thermoplastischen harzartigen Material zu füllen.
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Wie bereits angegeben, kann ein Auspressen aus dem Zylinder außerhalb
des Ausformvorgangs durch ein geeignetes Ventil an dem Zylinder oder durch einen
das Ausfließen verhindernden Durchgang verhindert werden, in dem das Material zu
einem das Auspressen verhindernden Pfropfen erstarrt, wenn kem Auspreßdruck auf
die Masse in dem Zylinder ausgeübt wird. Der das Ausfließen verhindernde Durchgang
oder die Verjüngung sollte klein genug sein, um einen hohen Druck in der erwärmten
Zone des Preßzylinders aufrechtzuerhalten, wenn der
Druck in der
Öffnung der Gießform praktisch bei Atmosphärendruck liegt. Das Ausmaß der Verjüngung
sollte auf die vorherrschenden Temperaturbedingungen abgestimmt sein, damit - entsprechend
dem Druckabfall, den sie bewirkt - etwas von der erwärnben, Masse in dem Durchgang
nach Beendigung des Ausstoßes durch den Kolben erstarrt, um ein unerwünschtes und
unbeabsichtigtes Ausfließen der behandelten Masse aus dem Zylinder in die Gießform
zu verhüten. Zweckmäßig ist der das Ausfließen verhindernde Durchgang in der Gießform
angebracht und stellt ihre Einlaßöffnung dar. Dies erlaubt eine größere Beweglichkeit
in Verbindung mit einer gegebenen Spritzgußvorrichtung zum Verforformen ausdehnbarer
Massen aus thermoplastischen harzartigen Stoffen.
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Bessere Ergebnisse können gewöhnlich erzielt werden, wenn die Gießform
keine langen Fließwege und keine scharfen Ecken enthält. Die Gießform sollte so
beschaffen sein, daß erhebliche Druckabfälle über den Querschnitt der Formöffnung
vermieden werden, wobei die Beziehung der Fließviskosität und der Verformungstemperatur
von gegebenen ausdehnbaren Massen aus thermoplastischen harzartigen Stoffen zu der
gewünschten Stärke und Gestalt der Gießform in Rechnung zu stellen ist.
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Wenn schichtartige, geformte Schaumgebilde hergestellt werden, kann
die verstellbare Gießform, die eine vergrößerbare Formöffnung hat, trennbare oder
bewegliche Wände, Kerne, die zusammengeschoben werden können, verstellbare Seiten
oder andere Mittel zur Vergrößerung der Öffnung besitzen, wie sie für diesen Zweck
erforderlich und geeignet sind.
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Zweckmäßig werden die Wandtemperaturen der verstellbaren Gießformen
niedrig genug gehalten, um eine genügende Schicht der gegen die Formoberfläche eingepreßten
Masse rasch abzukühlen, ehe die Formöffnung vergrößert wird. In manchen Fällen kann
es für solche Zwecke erwünscht sein, die Gießform durch irgendwelche geeignete Mittel
deutlich abzukühlen.
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In der Praxis können die schichtartigen, geformten Schaumgebilde
unter Verwendung verstellbarer Formen mit einer geeigneten üblichen Spritzgußvorrichtung
erhalten werden, indem die verstellbare Gießform mit der erwärmten Masse aus ausdehnbarem,
thermoplastischem harzartigem Material vollgespritzt und der Druckkolben einen Augenblick
auf einer Stellung größten Druckes in dem Zylinder stehengelassen wird. Diese Verzögerung
dient zum Aufrechterhalten des Einspritzdrucks auf die Masse in der Gießform, während
die Oberflächenschicht durch Kühlen entsteht. Der Kolben kann dann zurückgezogen
und die Form vergrößert werden, um die gleichzeitige Bildung der schichtartigen,
geformten Schaumstruktur zu ermöglichen.
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Die Stärke der gleichzeitig gebildeten Oberflächenschicht, die bei
schichtartigen, geformten Schaumgebilden erhalten wird, und die Beschaffenheit des
Querschnitts können vorherbestimmt und zur Erfüllung der einzelnen Erfordernisse
verändert werden.
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Die erhaltene Schichtdicke hängt vorwiegend von der Länge der Zeit
ab, während der die eingespritzte Masse in der gefüllten, verstellbaren Form oberflächlich
abkühlen gelassen wird, ehe diese vergrößert wird. Zusammenhängende, zusammengesetzte
Gebilde, die eine Oberflächenschicht mit einer Feststärke von mindestens 0,79 mm
haben, können leicht
mittels dieser Erfindung erhalten werden. In solchen Schichten
hat das thermoplastische harzartige Material im wesentlichen die Starrheits- und
Festigkeitseigenschaften von gewöhnlichem, unausgedehntem, geformtem Material. Die
Dichte des zum Schluß erhaltenen geformten Gebildes und insbesondere die seines
geschäumten inneren Teils hängt hauptsachlich von dem Ausmaß der Verstellung und
Vergrößerung der Gießform ab. Es sollte dafür gesorgt werden, daß die oberflächlich
abgekühlte Schicht oder Haut eine ausreichende Stärke und Verfestigung erhält, ehe
die Gießform vergrößert wird, um z. B. die Bildung oder das Durchbrechen von Gasblasen
in den ausgedehnten, inneren Teil oder aus diesem heraus zu vermeiden. Aus ähnlichen
Gründen sollte die eingespritzte Masse nicht auf eine zu hohe Temperatur erhitzt
werden, wenn schichtartige Formlinge hergestellt werden, um ein übermäßiges Schäumen
und einen übermäßigen Gasdruck in dem ausgedehnten, mittleren Teil des Formlings
zu vermeiden.
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Jeder thermoplastische harzartige Stoff, der durch übliche Verfahren
ausgedehnt oder geformt werden kann, kann zweckmäßig gemäß dem Verfahren der Erfindung
zu geformten Schaumgebilden verformt werden. Für eine große Vielzahl von Verwendungszwecken
ist jedoch das erfindungsgemäße Verfahren besonders für Körnchen oder Kügelchen
oder andere getrennte Teilchen aus8Polystyrolgeeignet, das in praktisch linearer
Form oder in vernetzter Form vorliegen kann, wobei dieses allgemein stellvertretend
für ausdehnbare, thermoplastische harzartige Stoffe und besonders für alkenylaromatische
Verbindungen steht, die mindestens eine alkenylaromatische Verbindung mit der allgemeinen
Formel Ar-CR=CH, enthalten, wobei Ar eine aromatische Verbindung ist und R ein Wasserstoffatom
oder ein Methylrest sein kann. Ausdehnbare, thermoplastische Mischpolymerisate von
Styrol und Polymerisate und Mischpolymerisate von ar-Methylstyrol, ar-Methylstyrol
oder Vinyltoluol, Mono und Dichlorstyrol, einschließlich Mischpolymerisate, die
kleine Mengen solcher Stoffe, wie Divinylbenzol enthaken, können häufig mit Vorteilen
verwendet werden; die mit denen vergleichbar sind, die bei Verwendung von Polystyrol
erhalten werden. Oft kann dies auch bei anderen ausdehnbaren, thermoplastischen
harzartigen Stoffen, einschließlich verschiedener Mischpolymerisate von Vinylidenchlorid
und thermoplastischen harzartigen Stoffen, die aus Polymerisaten und Mischpolymerisaten
vonMethylmethacrylat, Äthylacrylat und anderenDerivaten der Acrylsäure, wie ihren
Homopolymerisaten und Mischpolymerisaten von Methylmethacrylat und Vinylidenchlorid,
bestehen können, oder Polymerisaten und Mischpolymerisaten von z. B. Vinylacetat
und Vinylbutyral oder verschiedenen thermoplastischen oder thermoplastisch gemachten
Derivaten von Cellulose, einschließlich Cellulosenitrat und Celluloseacetat, der
Fall sein. Vernetzte Stoffe haben gewöhnlich eine größere thermische Stabilität
und neigen häufig zur Bildung festerer, weniger wärmeempfindlicher Schaumgebilde.
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Die für das ausdehnbare, thermoplastische harzartige Material verwendeten
Blähmitel können solche sein, die gewöhnlich verwendet werden, so Dichlordifluormethan,
Kohlendioxyd, Pentan und andere niedrigsiedende Kohlenwasserstoffe, und andere ge
eignete Stoffe, wie wärmeempfindliche Gasentwicklungsmittel. Übliche Mengen des
Blähmittels können
den getrennten Teilchen aus thermoplastischem
harzartigem Material einverleibt werden, um es für die Zwecke der Ausführung dieser
Erfindung genügend ausdehnbar zu machen. So kann eine einverleibte Menge Dichlordifluormethan
zwischen etwa 5 und 15 Gewichtsprozent bei vielen ausdehnbaren, thermoplastischen
harzartigen Stoffen, insbesondere Polystyrol und vielen anderen alkenyl arom atischen,
thermoplastischen harzartigen Stoffen, als befriedigend und wirksam gelten.
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Es wurde eine Reihe von Preßformlingen in verschiedenen, flachen
Formen mit Körnchen aus ausdehnbarem Polystyrol und vernetztem Polystyrol hergestellt.
Die vernetzten Körnchen enthielten etwa 0,06 Gewichtsprozent Divinylbenzol. Die
durchschnittlichen Teilchengrößen der Körnchen lagen zwischen etwa 1 und 1,5 mm
in ihrer größten Abmessung. Es wurden sowohl Körnchen mit Dichlordifluormethan als
auch mit Kohlendioxyd als einverleibtem Blähmittel in Mengen, die zwischen etwa
5 und 15 Gewichtsprozent schwankten, verwendet. Die gewöhnlichen Polystyrolkörnchen
wurden bei einer Temperatur in der erwärmten Zone des Spritzzylinders von etwa 163
bis 1910 C verformt. Die Temperatur der erwärmten Zone betrug bei den vernetzten
Körnchen etwa 176 bis 2180 C. Unter Anwendung von Einspritzzeiten von etwa 1 bis
2 Minuten wurden geformte Schaumgebilde mit Dichten bis zu etwa 0,1 kg/dm3 erhalten.
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Schichtartige Formlinge mit zähen, festen Oberflächenschichten mit
einer Stärke bis zu etwa 1,59 mm wurden in gleicher Weise durch Abänderung der Verweilzeit
des Kolbens nach Beendigung jeder Einspritzung innerhalb von etwa 1 bis 5 Sekunden
hergestellt. Bessere Ergebnisse wurden erzielt bei den schicht artigen Formlingen,
wenn die höherviskosen, vernetzten Körnchen zu ihrer Herstellung verwendet wurden.
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Patentansprüche: 1. Spritzgießverfahren zum Herstellen von Schaumgebilden
aus ausdehnbaren Körnchen aus thermoplastischem harzartigem Material, d a -durch
gekennzeichnet, daß ein Teil der durch die Spritzkammer einer Spritzgießvorrichtung
hindurchzupressenden Körnchen in einer ersten kalten Zone der Spritzkammer bei einer
unterhalb der Schäumtemperatur liegenden Temperatur zusammengepreßt wird, während
ein anderer, unter dem erzeugten Preßdruck stehender Teil der Körnchen in einer
an die kalte Zone anschließenden zweiten erwärmten Zone auf Schäumtemperatur erwärmt
wird, und daß anschließend ein Teil der erwärmten, in fließfähigem Zustand befindlichen
Masse in eine Austrittszone der Kammer gepreßt wird, aus der die Masse unter Behinderung
des freien Ausströmens in eine Gießform eingespritzt wird, worin das Aufschäumen
erfolgt.