DE1504750C - Verfahren zum Herstellen von Hartschaumstoffkörpern aus treibmittelhaltigem, vorgeschäumten Polystyrolgranulat nach der Dampfstoß- oder Dampfglockenmethode - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstel- eine siebförmige Formwand in die Form eintritt und len von Hartschaumstofikörpern aus treibmittelarti- diese über ihren gesamten freien Querschnitt durchgem, vorgeschäumtem Polystyrolgranulat nach der strömt, um sodann durch an der gegenüberliegenden Dampfstoß- oder Dampfglockenmethode, bei dem Formseite befindlichen Öffnungen ins Freie auszutredas in eine mit einander gegenüberliegenden perfo- 5 ten, oder das Austreiben der Luft erfolgt mittels rierten Wänden versehene Form eingefüllte vor- zweier entgegengesetzt gerichteter Dampfströme, die geschäumte Polystyrolgranulat zunächst von einer der über einander gegenüberliegend angeordneten Siebbeiden perforierten Wände her gleichmäßig mit wandungen eingeleitet werden und die Form über Dampf beaufschlagt wird, um die zwischen dem Gra- seitliche Öffnungen verlassen, die in einer mittig zwinulat befindliche Luft aus dem Granulat heraus durch 10 sehen diesen Siebwandungen gelegenen Ebene liegen. an der gegenüberliegenden Wand befindliche öffnun- Der dafür verwendete Dampf hat einen Druck zwigen hindurch auszutreiben, worauf anschließend der sehen 1 kp/cm² und 10 kp/cm², vorzugsweise einen Dampfstrom an der Formaustrittsseite unterbrochen solchen zwischen 4 kp/cm² und 5 kp/cm², und bewird und der in der Form befindliche Dampf unter wirkt zwangläufig ein Erwärmen des Gemisches, wel-Druck das Aufschäumen des Granulates bewirkt, und 15 ches bei Erreichen einer bestimmten Temperatur bebei dem nach beendetem Aufschäumen des Granu- ginnt, sich zu plastifizieren und dadurch die genannlates der Dampf abgelassen und der Schaumstoffkör- ten Austrittsöffnungen zu verstopfen,, wodurch die per gekühlt und aus der Form genommen wird. Dampfströmung selbsttätig unterbrochen wird. Es Die Dampfstoßmethode und die Dampfglocken- erfolgt also bei diesem bekannten Verfahren an der methode sind allgemein bekannt und beispielsweise in 20 Austrittsseite der Form keine gesteuerte Absperrung einem Aufsatz von Dr.-Ing. Fritz Stastny »Formen des Dampfstromes, sondern diese Absperrung ist und Vorrichtungen zur Verarbeitung von Styropor« rein zufallsabhängig jeweils von der Art und Zusamin der Zeitschrift »Plastverarbeiter«, Heft 9, Jahr- mensetzung des jeweils verwendeten Polystyrolgang 1954, eingehend beschrieben, schaumabfall-Polystyrolgranulat-Gemisches, vom Bei der Dampfstoßmethode wird die Form, die an 25 Vorverdichtungsgrad des Gemisches, von der Dicke zwei gegenüberliegenden Seiten fest angeordnete der herzustellenden Formkörper, von der konstruk-Dampfkammern aufweist, welche einerseits durch tiven Ausbildung der verwendeten volumenverändersiebartige Öffnungen mit dem Forminneren Verbin- liehen Form und nicht zuletzt auch vom Druck und dung haben und andererseits über ein Ventil mit einer der Temperatur des Dampfes. Während der Einfluß Dampfquelle verbunden sind, vorzugsweise zunächst 30 der letztgenannten Größen auf den Verfahrensablauf durch Einlassen von Dampf höheren Druckes vor- jeweils von Fall zu Fall in vom Dampfstoß- bzw. gewärmt, anschließend mit dem vorgeschäumten Gra- Dampfglockenverfahren her bekannter Weise in Vornulat gefüllt und nach Wiederschließen so lange mit versuchen empirisch ermittelt werden kann, ändert Dampf niedrigeren Druckes beaufschlagt, bis ein sich der erstgenannte Einflußfaktor praktisch von Druckanstieg das gegenseitige Verschweißen der Gra- 35 Charge zu Charge, wodurch eine große Unsicherheit nulatkörper anzeigt. Danach wird die Form, gegebe- hinsichtlich der Verfahrensdurchführung und der ernenfalls unter Kühlung mit Wasser, Luft usw. je nach zielbaren Formkörperqualität entsteht.
Größe zwischen 15 Minuten bis 60 Minuten geschlos- Infolge dieser Unmöglichkeit einer exakten Versen gehalten, ehe der Formkörper entnommen wer- fahrensdurchführung wird bei dem bekannten Verden kann. 40 fahren oft ein schlechter Verschweißungsgrad erzielt, Bei der Dampfglockenmethode verläuft das Ver- d. h. die Formkörper fallen ein oder es treten große fahren in gleicher Weise wie bei der Dampfstoß- Unterschiede im Raumgewicht innerhalb der Formmethode, nur sind bei der zu deren Durchführung körper auf, wobei sich die an sich schon engen Verdienenden Einrichtung die Dampfkammern nicht fahrensbedingungen noch von Charge zu Charge einTeil der Form, sondern bewegliche Formen mit sieb- 45 zelner Polystyrol-Lieferungen verändern. Die Herartig perforierten Wandungen werden in eine pressen- stellung einheitlicher Formkörper mittels des bekannähnlich ausgebildete und mit einer unteren sowie ten Verfahrens erfordert daher eine ständige Koneiner oberen, jeweils an eine Dampfzuleitung ange- trolle, Probeentnahmen, Untersuchungen der Formschlossenen Dampfglocke ausgerüstete Dämpfvor- körper und wechselnde Einstellung der das Verfahren richtung eingefahren. Im Zuge des Dämpfvorganges 50 bestimmenden Betriebsgrößen,
werden die Dampfglocken auf die betreffende Sieb- Der Verschweißungsgrad der einzelnen aufgeblähform gepreßt und der Dampf in die Form eingeleitet. ten Körner untereinander stellt ein Gütemaß für das Anschließend werden die noch verschlossenen For- Erzeugnis dar, da dieser Verschweißungsgrad wichtig men aus der Dämpfvorrichtung ausgefahren, nach für die Isolierfähigkeit, die Homogenität des Schaum-Abkühlen geöffnet und entleert und anschließend 55 stoffes, die Kapillarwirkung und die Gasdiffusionserneut dem Zyklus: Füllen, Verschließen, Dämpfen, konstante ist. Außerdem hängen die Biege- und die Abkühlen, öffnen, Entleeren usw., zugeführt. Zugfestigkeit entscheidend vom Verschweißungsgrad

Die eingangs dargelegte, bekannte Form der ab.

Dampfstoßmethode' ist in der französischen Patent- Auch die Homogenität innerhalb des einzelnen schrift 1 248 691 in Verbindung mit der Herstellung 60 Formkörpers ist von großer Wichtigkeit, da beispielsvon Formkörpern aus einem Gemisch von Polystyrol- weise in vielen Fällen aus Blöcken einzelne Platten schaumabfall und vorgeschäumtem Polystyrol be- geschnitten werden, die untereinander gleiche Eigenschrieben. Nach diesem bekannten Verfahren wird schäften aufweisen sollen, unabhängig von ihrer urdas Gemisch zunächst in einer volumenveränder- sprünglichen relativen Lage im Block,
liehen Form mechanisch vorverdichtet. Das Austrei- 65 Einen besonders wichtigen Hinweis für die Güte ben der im Gemisch befindlichen Luft erfolgt ent- des Verschweißungsvorganges gibt die Gewichtsweder durch einen Dampfstrom, welcher aus einer, zunähme beim Dämpfungsvorgang. Je homogener die an einer Formseite angeordneten Dampfkammer über Verschweißung ist, desto geringer ist die durch Auf-

nähme von Kondenswasser bedingte Gewichtszunahme.

Nach dem Ablassen des Dampfes verbleibt der Formkörper bekanntermaßen noch so lange in der Form, bis der Schaumstoff keinen Druck mehr auf die Form ausübt. Dies ist dann der Fall, wenn durch Abkühlen der Druck in den Zellen dem Außendruck gleich geworden ist. Bei größeren Raumgewichten kann bekanntlich, da die Zellwände stabiler sind, relatif scharf, z. B. mit Wasser, gekühlt werden. Bei geringen Raumgewichten würde dieses scharfe Kühlen zu einem starken Schrumpfen des Formkörpers führen. Auch die entnommenen Formkörper müssen noch einige Zeit bei erhöhter Temperatur zwischengelagert, werden, um ein nachträgliches Einfallen zu verhindern. Bei dieser Lagerung diffundiert Luft in die Zellen ein.

Der Nachteil des bekannten Verfahrens äußert sich insbesondere darin, daß man hinsichtlich der Abmessungen der Formkörper sowie hinsichtlich der erreichbaren Raumgewichte, und zwar sowohl hinsichtlich der Erzielung geringerer Raulgewichte als auch hinsichtlich der Erzielung größerer Raumgewichte sehr eingeengt ist. Will man bei den bisher bekannten Verfahren die Raumgewichte der herzustellenden Formkörper in weiten Grenzen nach oben oder nach unten ändern, so müssen diesbezügliche Vorkehrungen entweder schön beim Vorschäumen des Granulates getroffen werden oder aber die Formkörper müssen mehrfach aufgeschäumt werden, so daß also in beiden Fällen ein erheblicher zusätzlicher Arbeitsund Energieaufwand erforderlich ist, was naturgemäß einen Nachteil darstellt.

Außerdem müssen bei Durchführung des bekannten Verfahrens die vorgeschriebenen Raumbedingungen sehr genau eingehalten werden, da schon bei ge- · ringen Abweichungen Fehler und Ausschußware entstehen.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, bei der Herstellung von Hartschaumstoffkörpern aus vorgeschäumtem Polystyrolgranulat nach der Dampfstoß- oder Dampfglockenmethode der eingangs dargestellten Art die Homogenität der Formkörperstruktur zu verbessern und gleichzeitig die Verarbeitung der verschiedenen Raumgewichte in einem Aufschäumvorgang ohne zusätzliche vorbereitende oder nachgeschaltete Sonderbehandlungen zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Austreiben der Luft mittels eines Dampfstromes niedrigen Druckes erfolgt, daß anschließend das Aufschäumen des Polystyrolgranulates durch eine schlagartige Dampfzufuhr bei starkem Druckanstieg bewirkt wird, worauf der Dampf ebenso schlagartig abgelassen wird.

Durch das erfindungsgemäße schlagartige Einleiten einer großen Dampfmenge nach dem Entlüften der Form und das anschließende Zugeben einer geringen Dampfmenge zur Aufreehterhaltung des Druckes beim Aufschäumen wird infolge des dadurch hervorgerufenen plötzlichen Temperaturanstieges den Polystyrolteilchen zwar auch Wärme zugeführt, was jedoch wegen des schlechten Wärmeleitvermögens dieser Teilchen eine gewisse Zeit beansprucht. Deshalb ist während einer Zeitspanne von einigen Sekunden der Wasserdampfdruck in der Form höher, als der sich aus dem Druck der sich innerhalb der Zellen der Polystyrolteilchen erwärmenden Luft plus dem Dampfdruck des vorzugsweise einen Siedepunkt von etwa 60° C besitzenden, noch in den Teilchen befindlichen restlichen Treibmittels ergebende Gesamtdruck in den Zellen. Dies bedeutet, daß durch die beim Aufschäumen ausgelösten Diffusionsvorgänge kaum nennenswerte Gasverluste in den Zellen auftreten, weil der außerhalb der Zellen im Dampfraum herrschende Druck höher liegt. Bisher führten derartige Gasverluste zu schlechter Verschweißung und einem späteren Einfallen der Fremdkörper. Andererseits wird diesem steigenden Zellen-Innendruck durch den im Dampfraum herrschenden Dampfdruck ein Gegendruck geboten. Daraus wieder ergibt sich, daß bei am Ende des Dämpfprozesses plötzlichem Absinken des Dampfdruckes große Kräfte im Polystyrol frei werden, die eine sehr gute Verschweißung sicherstellen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also nicht mehr wie bisher nur die Temperatur des Dampfes ausgenutzt, sondern gleichzeitig auch der Dampfdruck in den Dienst des Verfahrens gestellt, was gegenüber den bisher bekannten Verfahren einen sehr erheblichen technischen Fortschritt darstellt.

Wird der Abdampf in einen Kondensator abgeleitet, so wird ein besonders rascher Druckabfall in der Form erreicht. Gleichzeitig tritt durch die Dampfexpansion in der Form ein bedeutender Temperaturabfall vor allem im Schaumstoff selbst ein, der die Abkühlzeit erheblich verkürzt, da bei einwandfreier Verschweißung später für das Blockinnere keine Kühlmöglichkeif mehr besteht. Der starke Druckabfall bewirkt außerdem einen geringen Wassergehalt des fertigen Formkörpers, da dadurch das Kondenswasser aus den Korn-Zwischenräumen herausgedrückt wird. Dieser Faktor ist auch für die Kühlzeit von Bedeutung.

Alle diese Umstände stellen ebenfalls einen sehr erheblichen Fortschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber den bekannten Verfahren dar. Dies zeigt sich darin, daß beispielsweise bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Dämpfzeiten je nach Größe des herzustellenden Formkörpers, z. B. bei einer Formblockabmessung von 1000 mm · 500 mm - 300 mm nur 2 bis 5 see gegenüber bisher benötigten 20 see bis 180 see betragen. Die Dämpfzeiten nehmen mit höherem Raumgewicht des Formkörpers ab.

Durch die Erfindung ist es also möglich, bei geringerem Materialeinsatz ein größeres Schaumstoffvolumen zu erzeugen und eine bessere Äufschäumung zu bewirken. Es ergibt sich also die Möglichkeit, in einem einzigen Aufschäumungsvorgang Schaumstoffkörper mit wesentlich geringerem Raumgewicht als bisher herzustellen. ' , .

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich aber nicht nur extrem leichte, sondern auch besonders schwere Formkörper in einfacher Weiser herstellen.·

Theoretisch können Blöcke beliebiger Größe hergestellt werden, wobei in der Praxis diese Größe jedoch von der jeweils schlagartig verfügbaren Dampfmenge abhängig ist, d. h. von der Leistung des zur Verfügung stehenden Dampfkessels, von den Abmessungen der Dampfkammern, den Abdichtungen zwischen den Dampfkammern und der Form und ähnlichen konstruktiven Einzelheiten.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist grundsätzlich unter Anwendung der Dampfstoßmethode durchführbar, doch wird es vorzugsweise unter Anwendung der Dampfglockenmethode durchgeführt.

In vorzugsweiser Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die aus der Form ausgetriebene Luft so lange in die Außenatmosphäre abgelassen, bis sich ein Dampfaustritt an der AustrittsöfFnung der Form bemerkbar macht. -

Die schlagartige Dampfzufuhr für das Aufschäumen des Polystyrolgranulates erfolgt vorzugsweise gleichzeitig durch beide perforierten Wände hindurch.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend mit Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung in Anwendung auf die Dampfglockenmethode in seinen Einzelheiten beispielsweise erläutert. Die Zeichnung stellt ein Diagramm dar, welches den zeitlichen Ablauf der Druckverhältnisse innerhalb der Form während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wiedergibt.

Die verwendeten Formen besitzen vorteilhafterweise Siebbleche, bei welchen die Lochfläche etwa 30 °/o beträgt.

Das aus der Zeichnung ersichtliche Diagramm zeigt den Druck-Zeitverlauf des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei über der Zeitachse der Druck aufgetragen ist. Der Dampfdruckverlauf in der Form ist durch eine ausgezogene Linie dargestellt, während der Zellendruck im Inneren der Polystyrolkörner durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist.

Am Ausgangspunkt des Diagramms ist die mit vorgeschäumtem Kunststoffgranulat lose gefüllte Form in die Dämpfvorrichtung eingefahren, und die Dampfkammern sind luftdicht mit der Form verbunden. Während des Zeitraumes A erfolgt bei geringem Druck das Entlüften der Form. Die Entlüftung der . Form macht sich durch Dampfaustritt an der Ventilöffnung der gegenüberliegenden Dampfkammer bemerkbar. Vorzugsweise wird der Dampf von der oberen Dampfkammer aus eingeführt und nach unten gedrückt, so daß etwaiges auftretendes Kondenswasser mit ausgetrieben wird. Dieser Entlüftungsvorgang wird vorzugsweise auf die Dauer von ungefähr 3 bis 5 see durchgeführt, wobei jedoch diese Zeitspanne je nach den vorliegenden Verhältnissen hinsichtlich der Größe der Form, des Raumgewichtes des eingefüllten Materials und anderer Einflüsse variieren kann.

Im Zeitpunkt B wird dann schlagartig der Dampf für den Dämpfvorgang eingelassen, wodurch der Druck plötzlich ansteigt. Demgegenüber nimmt der Zellendruck im Polystyrolgranulat langsamer zu.

Im Zeitpunkt D wird der Dampf plötzlich abgelassen, und zwar vorzugsweise in einen Kondensator, wodurch ein rascher Druckabfall einsetzt, der bis zu einem Unterdruck E andauert. Das Zeitintervall C stellt die Dämpfzeit dar.

Aus dem Diagramm ist ersichtlich, daß während einer Zeitspanne von einigen Sekunden der Wasserdampfdruck in der Form höher ist als der sich aus dem Druck der sich erwärmenden Luft plus dem Dampfdruck des Treibmittels in den Zellen ergebende Gesamtdruck. Dies bedeutet einerseits, daß durch die Diffusionsvorgänge kaum nennenswerte Gasverluste in den Zellen auftreten, weil der Druck außerhalb der Zelle, nämlich im Dampfraum, höherliegt. Im Bereich JS-D steht daher das lose geschüttete, vorgeschäumte Material unter einem starken Druck, der gegebenenfalls auch zu einer Kompression der eingefüllten Masse führen kann. Beim plötzlichen Absinken des Dampfdruckes im Zeitpunkt D entsteht eine Druckdifferenz P zwischen dem Zellendruck in den Kunststoffkörnern und dem Unterdruck in der Form bzw. den Dampfkammern. Diese Druckdifferenz bewirkt ein schlagartiges Aufblähen des Kunststoffes und eine vollständige und gleichmäßige Füllung der Form. Somit stellt diese Druckdifferenz den Verschweißungsdruck dar. Von einem Zeitpunkt F an, vorzugsweise nach dem Ausfahren der Form aus der Dämpfvorrichtung, setzt dann die Kühlung ein, wobei der nunmehr auf die Form wirkende Innendruck der Kunststoffzellen entsprechend der abfallenden gestrichelten Kurve abnimmt.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Hartschaumstoffkörpern aus treibmittelhaltigem, vorgeschäumtem Polystyrolgranulat nach der Dampfstoß- oder Dampfglockenmethode, bei dem das in eine mit einander gegenüberliegenden perforierten Wänden versehene Form eingefüllte vorgeschäumte Polystyrolgranulat zunächst von einer der beiden perforierten Wände her gleichmäßig mit Dampf beaufschlagt wird, um die zwischen dem Granulat befindliche Luft aus dem Granulat heraus durch an der gegenüberliegenden Wand befindliche öffnungen hindurch auszutreiben, worauf anschließend der Dampfstrom an der Formaustrittsseite unterbrochen wird und der in der Form befindliche Dampf unter Druck das Aufschäumen des Granulates bewirkt, und bei dem nach beendetem Aufschäumen des Granulates der Dampf abgelassen und der Schaumstoffkörper gekühlt und aus der Form genommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Austreiben der Luft mittels eines Dampfstromes niedrigen Drucks erfolgt, daß anschließend das Aufschäumen des Polystyrolgranulates durch eine schlagartige Dampfzufuhr bei starkem Druckanstieg bewirkt wird, worauf der Dampf ebenso schlagartig abgelassen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schlagartige Dampfzufuhr für das Aufschäumen des Polystyrolgranulates gleichzeitig durch beide perforierte Wände hindurch erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Form ausgetriebene Luft so lang in die Außenatmosphäre abgelassen wird, bis sich ein Dampfaustritt an der Austrittöffnung der Form bemerkbar macht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen