DE1504475C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines aufgeschäumten Zell-Formkörpers aus thermoplastischen, expandierbaren Teilchen - Google Patents

Description

a) ein starres Außengehäuse (21) aus Metall mit Berührungsflächen (19), die eine luftdichte Abdichtung mit dem anderen Kammerteil bilden;

b) ein Innengehäuse (23) aus Sintermetall, das den einen Teil des Formhohlraums (26) bildet, mit dem Außengehäuse (21) verbunden ist und eine Außenkammer (22) zwischen diesem und dem Innengehäuse bildet;

c) Ein- und Auslaßkanäle (41, 47), die von der Außenkammer (22) durch das Außengehäuse (21) hindurch zur Druckluftquelle (43) bzw. zur Vakuumquelle (49) führen;

d) Kanäle (24) an der Wandung (23) des Formhohlraumes (26) für den Umlauf von Kühl- und Heizmedien, und

e) Ein- und Auslaßrohre (31 bzw. 37, 39) für die Kühl- und Heizmedien

besitzt und mindestens einer der Teile des Formhohlraumes (26)

f) Einlaßeinrichtungen (75, 65) zum Zuführen von Granulatteilchen in den Formhohlraum (26), der durch Zusammenfügen der beiden Kammerteile (23) entsteht;

g) eine Einrichtung (Kolben 77) zum Schließen der Einlaßeinrichtungen (75, 65) nach Füllen der Form (11);

h) eine Einlaßeinrichtung (71) zum Zuführen von Preßluft zum Mitführen der Granulatteilchen

40 Die Erfindung .betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines aufgeschäumten Zell-Formkörpers aus thermoplastischen, expandierbaren Teilchen, vorzugsweise aus Kunststoffteilchen, bei welchem die Teilchen in einem strömenden, heißen Gas mitgeführt und auf eine Temperatur über ihrem Erweichungspunkt erhitzt werden sowie mit diesem Strom in eine Form eingeführt werden und der Formkörper nach dem Zusammenschmelzen aus der Form entfernt wird. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Durch die USA.-Patentschrift 3 065 500 ist ein Verfahren der eingangs genannten Art bekanntgeworden, bei dem die Kunststoffteilchen kontinuierlich in einen Hohlraum eingeblasen werden, der zwischen zwei umlaufenden Formbändern ausgebildetwird. Dort werden die Teilchen auf eine derart hohe Temperatur, und zwar möglichst schlagartig, erhitzt, daß die Teilchen gleichzeitig expandieren. Dies ist jedoch für die meisten Anwendungsfälle nachteilig, weil das Expandieren zum unrichtigen Zeitpunkt erfolgt. Die Teilchen expandieren nämlich bei diesem bekannten Verfahren zu früh, so daß sich damit nur sehr einfach gestaltete Formkörper herstellen lassen. Dies ist auch der Zweck der umlaufenden Formbänder, mit denen nur Formkörper mit ebenen Seitenflächen hergestellt werden können.
Die deutsche Patentschrift 1 127 067 behandelt das

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Schäumen von expandierbarem Polystyrol zu vor- Bevorzugte Vorrichtungen zur Durchführung des

expandierten Partikeln oder zu einem Formkörper. Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Dabei wird das Material in eine Form gefüllt und darin Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeich-

einem abgesenktem Druck ausgesetzt. Anschließend nungen beispielsweise näher erläutert, und zwar

erfolgt das Erwärmen der Form und damit das Er- 5 zeigt

wärmen und Expandieren des Materials. Weil das F i g. 1 ein Fließschema des Verfahrens,

Material samt der Form erst nach dem Einfüllen er- F i g. 2 schematisch einen Längsschnitt durch eine

hitzt wird, sind die wegen der schlechten Wärmeleitung Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrich-

erforderlichen langen Aufheizzeiten nicht zu vermei- tung zur Durchführung des Verfahrens und

.den. ίο F i g. 3 einen Längsschnitt durch die Einrichtung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ver- zum Füllen der Form, wobei Teile weggebrochen sind, fahren und eine Vorrichtung zum Hei stellen eines auf- In F i g. 1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines geschäumten Zell-Formkörpers aus thermoplastischen, Zellkunststoff-Formkörpers durch ein Fließschema expandierbaren Teilchen vorzuschlagen, mit dem sich dargestellt. Expandierbare Kunststoffteilchen aus poly-Zell-Formkörper herstellen lassen, die sich durch eine 15 merem Granulat werden in strömender heißer Luft besonders hohe Homogenität auszeichnen. Es wurde mitgeführt. Die Luft und die mitgeführten Granulate nämlich gefunden, daß die nach den bekannten Ver- strömen zu der Form. Während des Strömens werden fahren hergestellten Formkörper in den meisten Fällen die expandierbaren Teilchen auf eine Temperatur er-Stellen mit unterschiedlichem spezifischem Gewicht ha- hitzt, die über dem Erweichungspunkt des thermoben, das dadurch hervorgerufen wird, daß das Heiz- 2° plastischen Materials liegt, jedoch unter der Temperamedium von zwei oder mehr Seiten des Formhohl- tür, bei der eine wesentliche Expansion stattfinden raumes in die expandierbaren Teilchen eingeblasen würde. In diesem Zustand treten die Teilchen in einen wird, wodurch sich eine inhomogene Wärmeverteilung Formhohlraum ein, der im wesentlichen die Form des beim Expandieren ergibt. Die starken aufgeheizten fertigen Gegenstandes aufweist. Danach werden die Teilchen neigen dadurch dazu, sich stärker auszu- 25 Teilchen unter Vakuum gesetzt, wobei sie sich ausdehnen als diejenigen Teilchen, die näher an der Ober- dehnen, zusammenkleben und zu einer geformten, verflache des Formkörpers liegen. Diese Wirkung wird da- schäumten, zelligen Masse zusammenschmelzen. Nachdurch verstärkt, daß die an der Oberfläche liegenden dem die Masse auf eine Temperatur abgekühlt worden Teilchen nach Beendigung der Heizmittelzufuhr anfan- ist, bei der die Oberfläche selbsttragend ist, wird sie als gen, sich abzukühlen, während sich die in der Mitte 30 aufgeschäumter fertiger Formkörper von verschäumter des Formhohlraums liegenden Perlen aber erhitzt blei- Struktur und gleichmäßiger Dichte aus der Form geben und weiter expandiert werden. Dadurch kann es nommen.

geschehen, daß der mittlere Bereich des hergestellten Eine in F i g. 2 gezeigte Form 11 ist von im wesent-

Formhohlkörpers wegen des dort herrschenden ge- liehen kubischer Gestalt und weist zwei Kammern auf.

ringeren spezifischen Gewichts zusammenfallen kann. 35 Diese werden in einer Presse 14 zwischen zwei Platten

Mit den bekannten Verfahren ist somit die Herstellung 13 und 13' zusammengehalten. Die Platte 13 ist orts-

von Gegenständen mit insbesondere geringem durch- fest, während die Platte 13' mit Hilfe einer Stange 15,

schnittlichem spezifischen Gewicht sehr schwierig. die durch einen Zylinder 17 betätigt wird, zu der Platte

Um diese Nachteile zu verhindern, hat man den 13 hin- und zurückbewegt werden kann, so daß die

Formkörper auch schon relativ lange in der Form be- 40 Form geöffnet und geschlossen wird. Mit einer Dich-

lassen, so daß der kritische mittlere Bereich so weit tung versehene Stege 19 bilden eine luftdichte Abdich-

abgekühlt war, daß er sich nicht mehr ausdehnte. Dies tung an den Stellen, an denen die beiden Hälften der

ist jedoch zeitraubend, da die Wärmeleitung innerhalb Form 11 zusammentreffen,

des Gegenstandes äußerst gering ist. Die Form 11 weist ein äußeres festes Metallgehäuse

Zur Lösung der angegebenen Aufgabe ist die Er- 45 21 und ein Innengehäuse 23 aus mit Löchern versehefindung dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen nem oder porösem Metall auf, das durch Stege mit dem durch das Gas auf eine Temperatur erhitzt werden, Außengehäuse verbunden ist. Das Innengehäuse bedie unter der Temperatur liegt, bei der eine wesentliche grenzt einen Formhohlraum 26, und das Innen- und Expansion der Teilchen stattfindet, und dann die Teil- das Außengehäuse zusammen bilden eine Kammer 22. chen danach in einem Formhohlraum, dessen Tempera- 50 Das Innengehäuse 23 enthält darin eingebaute Rohrtür nicht über der Tepmeratur der eingeführten Teil- schlangen 24, die über Leitungen 25, 27 und 29 eine chen liegt, einem derartigen Vakuum ausgesetzt werden, Verbindung 31 sowie eine flexible Verbindungsleitung daß sie zur Expansion gebracht werden. 33 mit Dampf- und Wasserquellen verbunden sind.

Mit diesem Verfahren lassen sich Zell-Formkörper Der Dampfstrom wird durch ein in die Leitung 27 einauch mit äußerst geringem spezifischen Gewicht sehr 55 gebautes Ventil 28 und der Wasserstrom durch ein in schnell herstellen, weil die Teilchen in den Formhohl- der Leitung 29 angebrachtes Ventil 30 geregelt. Die raum bereits vorerhitzt eintreten, so daß keine zusatz- Rohrschlangen 24 sind über eine Verbindungsleitung liehe Erhitzungszeit erforderlich ist. Das Expandieren 37 und eine flexible Verbindungsleitung 39 mit einer dieser erhitzten Teilchen erfolgt vielmehr im wesent- Abflußleitung 35 verbunden. Die Abflußleitung 35 liehen durch das Anlegen von Vakuum. Es tritt also 60 kann durch ein Ventil 36 geschlossen werden,
kein wesentliches Temperaturgefälle auf, so daß der er- Das Außengehäuse 21 weist einen Einlaß 41 für haltene Formkörper sehr homogen ist. Beispielsweise Preßluft auf, der über eine Leitung 43 an eine Preßluftkönnen Formkörper mit einer Durchschnittsdichte von quelle angeschlossen ist, wobei der Luftstrom durch nur etwa 0,08 bis 0,09 g/cm³ hergestellt werden, ohne ein Ventil 45 geregelt wird; außerdem weist das Außendaß ein Zusammenfallen befürchtet werden muß. Die 65 gehäuse Durchtrittskanäle 47 auf, die über eine Leifür die Herstellung benötigte Zeit hängt fernerhin tung 51, eine Leitung 53 und eine biegsame Leitung nicht von der Größe und der Gestalt des zu formenden 55 an einen Vakuumbehälter 49 angeschlossen sind. Gegenstandes ab. Die Leitung 51 hat eine Ablaßzweigleitung 57 zur

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Außenluft, die durch ein Ventil 59 geregelt wird. Der chen aus dem Rohr 65 zurück durch das Rohr 75 in den Vakuumbehälter 49 kann durch Schließen des in der Behälter der Granulatteilchen zu blasen und das Rohr Leitung 51 vorgesehenen Ventils 63 von der Form ab- 65 abzukühlen, so daß die rund um den Einlaß 69 begetrennt und an eine herkömmliche Vakuumquelle findlichen Teilchen nicht durch den schnellen Tempeüber eine Leitung 61 angeschlossen werden. 5 raturanstieg verschmort werden. Darauf wird das Ein Einlaßrohr 65 einer Blaspistole 67 (F i g. 3) tritt Ventil 88 in der Leitung 81 betätigt und dadurch der durch das Außengehäuse 21 hindurch zu einem Ein- Kolben 77 veranlaßt, den Einlaß 69 für die Teilchen zu laß 69 für die Granulatteilchen in das Innengehäuse 23 schließen. Ist der Einlaß 69 geschlossen, so wird das ein. Eine Saugvorrichtung 76 ist mit dem Einlaßrohr 65 Ventil 59 in der Ablaßleitung 57 geschlossen und das der Blaspistole 67 verbunden. Mit der Saugvorrich- io Ventil 63 in der zu dem Vakuumbehälter führenden Leitung 76 sind Rohre 71 und 75 verbunden, so daß bei tung 51 geöffnet, wodurch ein plötzliches Vakuum von 76σ (F i g. 3) eine Venturikammer gebildet wird. Das 71,1 bis 76,2 cm Quecksilber in der Form 11 entsteht, Rohr 71 ist an eine Quelle heißer Preßluft angeschlos- das zu der Expansion und dem Schmelzen der Teilchen sen, und das Rohr 75 ist mit einem erhitzten Behälter in dem Formhohlraum 26 und einem Anpassen der für polymeres Granulat verbunden. Das Rohr 73 ist an 15 Masse an die Form des Gehäuses 23 führt. Das Veneine Quelle kalter Preßluft angeschlossen. Das Ein- til 63 wird darauf geschlossen und das Ventil 59 gelaßrohr 65 ist mit einem Kolben 77 versehen, der so öffnet, so daß wieder Atmosphärendruck in der Form bemessen und ausgebildet ist, daß er den Einfluß 69 entsteht. Nun wird das Abflußventil 36 geöffnet und der Teilchen verschließen kann, wobei er durch einen das in der Wasserzuführleitung liegende Ventil 30 üblichen hydraulischen .Preßstempel 78 (F i g. 2) be- 20 geöffnet, um Wasser mit einer Temperatur von 4,4 bis tätigt wird. Der durch die Leitungen 71,73 und Leitun- 10°C den Rohrschlangen 24 zuzuleiten und das Innengen 81 und 83 des hydiaulischen Preßstempels 78 strö- gehäuse 23 auf eine Temperatur von 65,6 bis 82,2⁰C mende Luftstrom wird durch herkömmliche Solenoid- abzukühlen. Darauf wird die Stange 15 durch den ventile 82, 84, 86 und 88 (F i g. 2) gesteuert. Zylinder 17 betätigt, um die Form 11 zu öffnen. Das Eine temperaturempfindliche Einrichtung 79 ist in 25 Ventil 45 in der Luftzuführleitung 43 wird nun geRohr 65 über der Formwand 21 vorgesehen und mit öffnet, so daß der Luftdruck den fertigen Gegenstand einem Temperaturschalter 80 verbunden, der die Tätig- aus dem Formgehäuse 23 ausstößt,
keit der Solenoidventile 82, 84, 86 und 88 durch an Entweder nicht vorbehandelte polymere Teilchen sich bekannte Mittel steuert. (Teilchen, die nicht expandiert wurden) oder vorexpan-Bei Verwendung der Vorrichtung wird die Form 11 30 dierte Teilchen (Teilchen, die teilweise expandiert wurmit Hilfe der Platte 13' und der durch den Zylinder den, wie es z. B. in der USA.-Patentschrift 3 023 175 17 betätigten Stange 15 geschlossen. Das Ventil 36 beschrieben ist) werden vorzugsweise in einen auf einer in der Abflußleitung 35 wird geschlossen, und das in Temperatur von 60 bis 76,7⁰C gehaltenen Speicherbeder Dampfzufuhrleitung, in der Dampf unter einem hälter eingefüllt, so daß sie schnell auf ihre Schmelz-Druck von ungefähr 2,8 bis 3,5 at:· zugeführt wird, 35 temperatur erhitzt werden können, während sie durch liegende Ventil 28 wird geöffnet, so daß die Rohr- die heiße Luft in die Form eingeführt werden. Die schlangen 24 mit Dampf gefüllt werden und das Innen- heiße Luft strömt unter einem Druck von 1,05 bis gehäuse 23 auf ungefähr 93,3 bis 110⁰C vorerhitzt wird. 4,9 atü, abhängig von der Wirksamkeit des Venturiab-Darauf wird das Ventil 28 geschlossen und das Ab- Schnitts, in den Venturiabschnitt 76a der Blaspistole flußventil 36 geöffnet. Die Form 11 ist nun in geschlos- 40 ein. Die für die Preßluft erforderliche Temperatur sener Stellung. Auf eine Temperatur von ungefähr hängt von deren Druck ab, da die Temperatur adiaba-204,4 bis 398,8° C erhitzte Luft wird in der Leitung 71 tisch mit dem plötzlichen Druckabfall sinkt, wenn die unter einem Druck von 1,05 bis 4,9 atü der Saugvor- Luft in den Venturiabschnitt eintritt. Der Druck sinkt richtung 76 der Blaspistole 67 zugeführt, die durch die ab auf Atmosphärendruck bis 0,21 atü, wobei der Leitung 75 Granulatteilchen aus einem auf ungefähr 45 höhere Druck auf Grund des Rückdrucks aus dem 65,5 bis 76,6° C erhitzten Behälter ansaugt. Die Granu- Formhohlraum entsteht. Die Temperatur der heißen latteilchen werden in der heißen Luft mitgeführt und Preßluft ist so beschaffen, daß sie die mitgeführten um 2,8 bis 5,6°C über den Erweichungspunkt des Poly- polymeren Teilchen auf eine Temperatur von 2,8 bis merisates erhitzt, jedoch unter der Temperatur gehal- 5,6° C über ihren Erweichungspunkt erhitzt. Eine ten, bei der eine wesentliche Expansion der Granulat- 50 Temperatur der heißen Preßluft von 204,4° C bei einem teilchen eintreten würde, während sie durch das Rohr Druck von 1,05 atü bewirkt eine Temperatur der heißen 65 zum Einlaß 69 der Granulatteilchen in den Form- Luft bei Austritt aus der Blaspistole von ungefähr hohlraum 26 strömen. Die heiße Luft wird durch das 132,2 bis 148,9° C bei einem Druck von 0,07 bis 0,21 atü, poröse Gehäuse 23 hindurch aus dem Hohlraum 26 in der ausreicht, um die polymeren Teilchen auf 87,8 bis die Kammer 22 abgelassen und durch die Verbindungs- 55 98,8° C zu erhitzen. Es wurde gefunden, daß bei einem leitungen 53 und 55 zur Ablaßleitung 57 geleitet, wo Druck der heißen Luft von 4,9 atü eine Heißluftquelle sie in die Außenluft entweicht, wobei das Ventil 59 ge- von 398,9°C notwendig ist, um eine Temperatur von öffnet und das Ventil 63 geschlossen ist. Wenn der 148,9° C bei einem Druck von 0,21 atü der heißen Luft Formhohlraum 26 gefüllt wird, entsteht im Rohr 65 bei Austritt aus der Blaspistole zu erzielen. Ein Fach-Gegendruck, der einen Anstieg der Lufttemperatur zur 60 mann kann bei Heißluftdrücken von 1,05 bis 4,9 atü Folge hat, auf den der mit dem Temperaturschalter 80 leicht die richtige Temperatur bestimmen, die zu der verbundene Temperaturfühler 79 anspricht. Der Tem- gewünschten Temperatur bei Austritt aus der· Blasperaturschalter 80 betätigt das Ventil 82, das die, die pistole führt. Während des Füllens der Form kann ein heiße Luft zuführende Leitung 71 verschließt, und be- Vakuum angelegt werden, um den Rückdruck auf tätigt das Ventil 84, das die Leitung 73 für die kalte 65 0,07 bis 0,21 atü zu erhalten.

Luft öffnet, und Luft unter einem Druck von 1,4 bis Das Formen wird bei atmosphärischem oder weniger

2,1 atü und einer Temperatur von 21 bis 29° C einige als atmosphärischem Druck durchgeführt, damit nur

Sekunden lang zuführt, um überzählige Granulatteil- geringer Druck erforderlich ist, um die Form geschlos-

sen zu halten und leichte Pressen verwenden zu können. Der Schließdruck braucht ungefähr 0,35 atü nicht zu übersteigen. Dies ist natürlich vorteilhaft, da in diesem Fall die Form selbst aus leichtem Werkstoff hergestellt werden, kann.'

Das Erhitzen des Innengehäuses 23, dessen Erhitzung den Zweck hat, dem fertigen Gegenstand eine glatte Oberfläche zu verleihen, kann gegebenenfalls weggelassen werden. Der Vakiiumbehälter 49 sollte im Formhohlraum ein Vakuum von 38,1 bis 76,2 cm Quecksilber aufrechterhalten, wenn die Form unter Vakuum gesetzt ist.

Beispiel 1

Die beiden Formhälften wurden, wie F i g. 1 zeigt, in der Presse angeordnet und geschlossen, so daß sie einen inneren Formhohlraum von ungefähr 28 ■ 28 · 28 cm bildeten. Nachdem die Formhälften geschlossen waren, wurden die Wandungen des Formhohlraums erhitzt, indem Dampf unter einem Druck von 3,15 atii in die Rohrschlangen im Formgehäuse geleitet wurde, so daß das Gehäuse auf eine Temperatur von 101,7 bis 104,4°C erhitzt wurde. Heiße Luft wurde unter einem Druck von 2,8 atü und einei Temperatur von 315,6° C zu der Saugvorrichtung der Blaspistolcgeleitet, wo der Druck auf 0,07 bis 0,21 atü fiel, was einen Temperaturabfall auf ungefähr 132,2 bis 148,9° C verursachte. Die durch den Venturiberetch der Blaspistole strömende Luft saugte vorexpandierte

tclpunkt der gegenüberliegenden Seite erstreckte und mit einem ähnlichen Kernstück verglichen, das von einem durch ein herkömmliches Dampfformverfahren hergestellten Block stammte. An den Außenseiten liegende 6,2 mm lange Teile wurden abgeschnitten, um teilweise die Wirkungen, die auf Grui;d des Zusammenpressen der Oberfläche der Teilchen entstanden, aus dem Vergleich auszuschalten.

Tabelle 1

Abschnitte von je 38,1 mm Länge von oben nach unten	Spezifisches Gewicht des Blocks, geformt nach Beispiel 1 (g/cm»)	Spezifisches Gewicht des Blocks, geformt durch Dampfform verfahren (g/cm")
1 2 3 4 5 6 7	0,0186 0,0154 0,0154 0,0154 0,0163 0,0167 0,0189	0,0218 0,0183 0,0125 0,0107 0,0135 0,0189 0,0203
Mittel	0,0167	0,0165

Wie aus der Tabelle hervorgeht, ist das durchschnittliche spezifische Gewicht des mittleren Abschnitts 4 des Kernstücks, der von dem nach Beispiel I geformten Block abstammt, nur um 0,0013 g/cm³ geringer als das

(0,01602 g/cm³) Polystyrolteilchen, die in dem Behälter 30 durchschnittliche spezifische Gewicht im Gesamtmittel auf eine Temperatur von 65,6 bis 68,3°C vorerhitzt des Kernstücks (0,0167 g/cm³), und der größte Unterschied des durchschnittlichen spezifischen Gewichtes zwischen den Abschnitten 2 bis 6 beträgt ebenso nur 0,0013 g/cm³. Dagegen ist das durchschnittliche spezi

worden waren, aus dem Teilchenbehälter an. Die mitgefühlten Teilchen wurden durch die heiße Luft auf eine Temperatur von 94,4 bis 97,8° C erhitzt, während sie

durch die heiße Luft in den Formhohlraum befördert 35 fische Gewicht des mittleren Abschnitts 4 des Kerns, wurden, wonach die Luft durch die Löcher des porösen der von dem durch das Dampfformverfahren geformten

Block abstammt, um 0,0058 g/cm³ geringer als das durchschnittliche spezifische Gewicht im Gesamtmittel (0,0165 g/cm³) des Kernstücks, und der größte Unter-

Innengehäuses entwich und durch die Auslaßleitung in die Außenluft abgelassen wurde. Nachdem die Form gefüllt war, was ungefähr 10 Sekunden dauerte, wurde

der Temperaturschalter durch den Temperaturfühler 40 schied des spezifischen Gewichtes zwischen den Teilen betätigt. Durch den Schalter wurde die Heißluftzufuhr 2 bis 6 beträgt 0,0082 g/cm³. Die Endabschnitte 1 und abgestellt und kalte Luft eingeschaltet, die unter einem 7, deren durchschnittliches Gewicht selbst nach EntDruck von 175 atü und einer Temperatur von 26,7°C fernen von 6,25 mm an jedem Ende des Kernstücks einströmte und die Einlaßleitung der Teilchen reinigte Oberflächeneinwirkungen ausgesetzt sind, zeigen eine und abkühlte. Danach betätigte der Schalter den KoI- 45 beträchtlich geringere Abweichung in ihren spezifiben, der den Teilcheneinlaß zum Formhohlraum ver- sehen Gewichten vom Mittelteil bei dem nach Beischloß. Nun wurde das Ablaßventil geschlossen und das
in der zum Vakuumbehälter führenden Leitung liegende Ventil geöffnet, so daß der Druck im Formhohlraum fast sofort auf 5 bis 10 cm Quecksilber sank, was 50
das Expandieren und Verschweißen der Teilchen bewirkte. Nach ungefähr 5 Sekunden wurde das in der
zum Vakuumbehälter führenden Leitung liegende Ventil geschlossen und das Ablaßventil geöffnet, so daß

wieder normaler Luftdruck in der Form entstand. Die- 55 nitril gefüllt, die zu einem spezifischen Gewicht von ser Vorgang dauerte ungefähr 4 Sekunden. Kühlwasser 0,016 g/cm³ vorexpandiert worden waren und als Blähmiteiner Temperatur von 8,9 bis 10⁰C wurde durch die mittel eine Petrolätherfraktion mit niedrigem Siede-Rohrschlangen im Formgehäuse geleitet, so daß die punkt (Siedepunkt bei 30 bis 45°C) enthielten. Die Gehäusewandung auf eine Temperatur von 71,1 bis Wandung des Formhohlraumes wurde auf 73,9°C er-73,9°C abgekühlt wurde. Ungefähr 10 Sekunden, 60 hitzt, auf 215,6°C erhitzte Luft wurde unter einem nachdem wieder normaler Luftdruck in der Form Druck von 1,05 atü der Blaspistole zugeführt, führte herrschte, wurde die Form geöffnet und der geformte die Teilchen mit sich und beförderte sie in den Form-Block ausgestoßen. Der Block besaß ein gleichmäßiges hohlraum. Die Teilchen wurden dabei auf eine Tempespezifisches Gewicht von ungefähr 0,016 g/cm³. ■ ratur von 96,1 bis 98,9°C erhitzt. Das Füllen der Form Um das gleichmäßige spezifische Gewicht des Form- 65 dauerte 12 Sekunden, danach wurde der Temperaturkörpers Z¹U veranschaulichen, wurde ein Kernstück schalter elektrisch in Betrieb gesetzt, der die Heißluftvon 2,54 cm² aus dem Block herausgenommen, das zufuhr abstellte und die kalte Luft einschaltete, die sich vom Mittelpunkt der einen Seite bis zu dem Mit- unter einem Druck von 1,75 atü stand, eine Tempera-

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spiel 1 hergestellten Block, verglichen mit dem durch das Dampfformverfahren gefertigten Block.

Beispiel 2

Die Form wurde in der gleichen Weise wie bei Beispiel 1 vorbereitet, jedoch wurde der Behälter mit Granulatteilchen eines Mischpolymerisates aus 75 Gewichtsprozent Styrol und 25 Gewichtsprozent Acryl-

tür von 26,67°C hatte und die in der Einlaßleitung befindlichen überzähligen Teilchen zurück zu dem Teilchenbehälter blies und somit ein Schmoren der Teilchen in Nähe des Einlasses verhinderte. Danach betätigte der Schalter den Kolben, der den Teilcheneinlaß zu dem Formhohlraum verschloß. Das Ablaßventil wurde geschlossen und das Ventil in der zum Vakuumbehälter führenden Leitung geöffnet, wodurch der Druck in dem Formhohlraum auf 2,54 bis 5,08 cm Quecksilber absank. Nach 5 Sekunden wurde das Ventil in der zum Vakuumbehälter führenden Leitung geschlossen und das Ablaßventil geöffnet, so daß der Formhohlraum wieder auf normalen Luftdruck zurückgebracht wurde. Das Kühlwasserventil für die Rohrschlangen in der Formwandung wurde geöffnet, und Wasser, das eine Temperatur von 9 bis 10⁰C hatte, lief 12Sekunden lang in den Rohrschlangen um, wodurch die Temperatur der Formwandung auf 71,1 bis 73,9°C verringert wurde; danach wurde das Kühlwasser abgestellt und das Abflußventil geöffnet. Nun wurde die Presse geöffnet und der fertige geformte Block aus der Form ausgestoßen. Der Block besaß ein gleichmäßiges spezifisches Gewicht von 0,01602 g/cm³.

Beispiel 3

Ein Vergleich der für den Formvorgang nach Beispiel 1 gemäß dem neuen Verfahren benötigten Dauer der einzelnen Verfahrensschritte mit denen des herkömmlichen Dampfeinblasverfahrens ist in der folgenden Tabelle II dargestellt.

Tabellen

Vakuumschmelzverfahren
Dauer der einzelnen Vorgänge
(0,016 g/cm³ vorexpandierte Polystyrolteilchen).

Vorgang	Vakuum verfahren (Sekunden)	Herkömm liches Dampfein- blasverfahren (Sekunden)
Schließen der Form Vorerhitzen	5 0*) 10	5 20 10
Füllen der Form	5 5 0 bis 15 5	10 600 5
Schmelzen	30 bis 45	655
Wiederherstellen des Atmosphärendrucks ... Abkühlen
öffnen und Ausstoßen ...
Gesamtdauer

*) Das Vorerhitzen erfolgt während des SchlieDens der Form. Wie aus der Tabelle ersichtlich ist, ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine beträchtliche Zeitersparnis möglich, da das Vorerhitzen während des Schließens der Form erfolgt und die Abkühlungszeit entweder wegfällt oder beträchtlich verkürzt ist. Das Formen erfolgt in nur 5 bis 7% der Zeit, die zu dem herkömmlichen Dampfeinblasverfahren erforderlich war.
Zu den expandierbaren Polymerisaten, die zur Herstellung zelliger Formkörper gemäß der Erfindung geeignet sind, zählen eine Vielzahl von Homopolymerisaten und Mischpolymerisaten, die von monomeren Vinylverbindungen abgeleitet sind, z. B. Styrol, Vinylchlorid, Divinylbenzol, Alpha-Methylstyrol, ringförmige Dimethylstyrole, Vinylnaphthalin usw. Polymerisate, die besonders gut verwendbar sind, sind Polystyrol und seine Mischpolymerisate mit Monomeriten, wie beispielsweise Butadien, Alpha-Methylstyrol, Divinylbenzol, Isobutylen und Acrylnitril. Diesen expandierbaren Materialien wird als Blähmittel ein flüchtiges organisches strömungsfähiges Medium in einer Menge von ungefähr 3 bis 35 Gewichtsteilen des Polymerisates beigefügt, beispielsweise gesättigte aliphatische Kohlenwasserstoffe, die 4 bis 7 Kohlenstoffatome im Molekül enthalten, z. B. Butan, Pentan, Hexan, Hepten, Cyclohexan oder halogenhaltige Methan- und Äthanderivate, deren Siedepunkt unter 95° C liegt.

Weitere geeignete Blähmittel enthalten Wasser oder eine Kombination von Chemikalien, die Gas bzw. Dampf entwickeln, wie Kohlendioxyd, Wasserdampf oder Stickstoff, wenn sie bis auf den Erweichungspunkt des Polymerisates oder eine niedrigere Temperatur erhitzt werden, z. B. Natriumbicarbonat und Zitronensäure.

Die Erfindung ermöglicht somit das schnelle Herstellen verschäumter Zellkunststofformkörper von gleichmäßigem spezifischem Gewicht, unabhängig von Größe und Form. Durch die Erhöhung der stündlichen Ausbringung werden daher die Kosten verringert, außerdem wird die Qualität der Erzeugnisse verbessert und wird die Möglichkeit geschaffen, verschäumte Gegenstände sehr geringen spezifischen Gewichtes herzustellen, ohne daß ein Zusammenfallen befürchtet werden muß. Da die für die Form erforderlichen mechanischen Kräfte nur zum öffnen und Schließen der Form benötigt werden, können leichte Pressen sowie leichte Formen verwendet werden, wodurch die Anlagckosten verringert werden. Ein weiterer Vorteil ist, daß das Verfahren vollständig trocken abläuft und ein trockener Formkörper hergestellt wird. Die Erfindung ist ferner gut für eine vom Einfüllen der urivorbehandelten Teilchen in eine Expandiervorrichtung bis zum Entfernen des fertigen geformten Gegenstandes vollständig automatische Anlage geeignet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines aufgeschäumten Zell-Formkörpers aus thermoplastischen,expandierbaren Teilchen, vorzugsweise aus Kunststoffteilchen, bei welchem die Teilchen in einem strömenden, heißen Gas mitgeführt und auf eine Temperatur über ihrem Erweichungspunkt erhitzt werden sowie mit diesem Strom in eine Form eingeführt werden und der Formkörper nach dem Zusammenschmelzen aus der Form entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen durch das Gas auf eine Temperatur erhitzt werden, die unter der Temperatur liegt, bei der eine wesentliche Expansion der Teilchen stattfindet, und daß die Teilchen danach in einem Formhohlraum, dessen Temperatur nicht über der Temperatur der eingeführten Teilchen liegt, einem derartigen Vakuum ausgesetzt werden, daß sie zur Expansion gebracht werden.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem im wesentlichen der Gestalt des heizustellenden Formkörpers entsprechenden Formhohlraum, dadurch gekennzeichnet, daß am Formhohlraum eine Einrichtung zur Zufuhr eines heißen Gases für den Transport der thermoplastischen Teilchen und ihre Erwärmung sowie eine Einrichtung (49, 51, 53) vorgesehen ist, durch die der Formhohlraum evakuierbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Formhohlraum (26) aus porösen oder mit Löchern versehenen Wandteilcn (23) gebildet und von einer evakuierbaren Kammer (22) umgeben ist, die zusätzlich mit Druckluft beaufschlagbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Form (11) in zwei Kammerteile unterteilt ist, von denen jeder

und eine Einrichtung (17, 15, 13, 13') zum öffnen und Schließen der Form (11) durch Bewegen des einen Kammerteils (23) in bezug auf den anderen besitzt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Zufuhr eines erhitzten gasförmigen Mediums zum Transport der Granulatteilchen eine Blaspistole

(67) mit einer Saugvorrichtung (76) ist, mit der eine Venturikammer (76a) einstückig ausgebildet ist und die einen ersten Einlaß (75) zum Zuführen der Granulate in die Saugvorrichtung und einen zweiten Einlaß (71) zum Zuführen heißer Luft unter Druck in die Saugvorrichtung sowie einen Auslaß

(68) für eine Mischung der Granulatteilchen und der Luft aufweist, der über eine Verbindungsleitung (65) mit dem Formhohlraum (26) verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindungsleitung (65) eine Einlaßeinrichtung (73) zum Zuführen von kalter Druckluft vorgesehen ist, durch die überzählige Granulate aus der Verbindungsleitung und der Saugvorrichtung (76) entfernbar sind, wenn der Formhohlraum (26) mit Granulatteilchen gefüllt ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an der zum Formhohlraum (26) führenden Verbindungsleitung (65) ein Temperaturfühler (79) zum Betätigen von Steuereinrichtungen (82) für die heiße Druckluft, (86, 88), für die kalte Druckluft und für die Schließeinrichtung (Kolben 77) der Blaseinrichtung (67) vorgesehen ist, durch die er das Füllen der Form (23), das Entfernen überzähliger Granulatteilchen aus der Verbindungsleitung (65) und der Saugvorrichtung (76) und das Schließen des Formhohlraumes (26) der Reihe nach selbsttätig steuert.