DE1629280A1 - Thermoplastische Schaumstoffplatten oder Folien und Vorrichtung zum Herstellen derselben - Google Patents
Thermoplastische Schaumstoffplatten oder Folien und Vorrichtung zum Herstellen derselbenInfo
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Description
Ί62-9280
19 172
Be1 pell & Richarde pn» Jno«. ι
HasardvJlls, Connecticut» Ve1St .,A:
Thermoplastische Schaumstoffplatte»! oder Folien
wad Vorrichtung gum .Herateilen derselben
Sie Erfindung betrifft die Heretellung von thermoplastischen Schaumstoffplatte!! oder -Folien und inab β sondere die Herstellung Yea Schaümstoffplatten oder -Folien
hoher Güte, die für die Thenaöverforraung im Tiefsiebverfahren, geeignet sind. .
Schauastoffplatten können zwar aus expandierbaren Polyetyrolperlen
hergestellt und in üblichen Einrichtungen eitrudiert werden« es wurde jedoch gefunden» daß Schäume
hoher Qualität wirtschaftlich unter Verwendung von ther-
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162928C
raoplastischen Allaweck-KuriotaVjffen erzeugt werden
wobei aber eine genaue Temperatureinsfcellung in. dea Extruder» an der Extruderdüoe und während der Schäumerζeu
gung erforderlich let. -----
In der schwebenden deutschen Patentanäelduftg B BA 442 X/?-9a5
wird ein Extruclierverfahren für Schaumstoffe beschrieben?
bei dem nisht aohäumbare thermoplastische Materialien,
wie ZoB. Allzweckstyrol anateile von üblichen schäumbaren
Materialien verwendet werden. Bei dieaum Verfahren wird
das A13zweckmaterial. mit etnem erweichenden Mittel, z.B.
Petroläther, imprägniert oder vorgemiscLl und dann zu
einem Extruder geleitet. Ein geeignetee Treibmittel oder
Blähmittel» wie z.B. Pentan, iiexan oder Heptan, wird direkt in den Extruder eingeleitet, in dem es mit dem Polymeren vermiecht wird. Mit diesem Verfahren werden über·
mäßig große Temperaturen des Polymeren und die liotwendigkeit,
das Polymere vor dem Extrudieren stark abzukühlen, vermieden. Im Ergebnis werden thermoplastische Schäume
mit gleiohmäöig hohem Gütegrad erhalten. Im Gegensatz
zu sohäumbaren Teilchen ist die Qualität der Schäume,
die auf diese Weise erzeugt werden, völlig unabhängig von der Lagerungedauer oder dem Alter des thermoplastischen
Kunststoffe, der in den Extruder eingeleitet wird.
• . BAD ORiatNAL
UO9818/HQ1
182928C
ε θ wurde gefunden? dsß ftuegefteiefenet^geblluiiif öwrak Sinetetlen
Asu S8femel«iflwspe@ äes Pftlyaew» duren andere
Klttiil als Auren slit 9eiiperirtBreinPtenwigf .diireh Zuführen dee FsXymeren i&u einem gg+,rv4*r nnd 4urefe
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Die S?fin4u!Bg beiveokt eine ¥<?rj?ipUlu«f mim
mit n«jher QueXitövi vsfee* flae
in dem JBxtPttÄer in dae ygXymnvt 4i£?undi*rfc
«©13- mm IHirchführfn 4«e in 4ef obm genannten
net «ein»
Erfindung betweckt weiter eine
formbare o4er .«timiferforebsre PXette p4sr folie »it einer oder ae&reren epunnungefrelen oder getemperten Oberflächen Rit größerer Bionte *l§ im Inneren 4ee gqhftupatoffe» woäuroh ein SefcishteßhwiPeteff in FXattenfone gebildet werden kann»
formbare o4er .«timiferforebsre PXette p4sr folie »it einer oder ae&reren epunnungefrelen oder getemperten Oberflächen Rit größerer Bionte *l§ im Inneren 4ee gqhftupatoffe» woäuroh ein SefcishteßhwiPeteff in FXattenfone gebildet werden kann»
In einer erfindungegeattßen Vorrichtung wird eine Beeohikaue
eines tfeeneplaftiiohen Kwnetetff »it eine«
d»ren wni äursb gtnleent m& direit in die
in^liievt» wobei 4it feiperstttr der
I1S/U04 " ;n BADOBS0INAL
% 162928C
und die Temperatur
baren Masse/sowohl während als auch nach den Schäumen eingestellt wird» Me Vorrichtung nach dieaer Erfindung
weist aufeinanderfolgende Behänd!ungekammern auf, die
Ende an Ende angeordnet sind und den Extruder einschließen, wonach eine Kühlzone v eine Rührzone und eine Mischzone sowie eine Einweichzone, in der »loht gerührt wird, und eine
Kühlzone folgen. Nach der Behandlung in diesen Zonen kommt das thermoplastische Material aus einer Strangpreßform
und die Temperatur des Extrudats wird genau eingestellt, um die gewünschte Zellenauabildung während der Formung,
des Strockene und der Orientierung der Platte oder der
Folie zu gewährleistenο
Gemäß der Erfindung wird eine verbeuserte Platte oder Fo^ie aus Schaumstoff erzeugt, indem wenigstens eine
Oberfläche des Extrudats gesteuert abgekühlt wird. Dies wird wie unten näher ausgeführt werden wird, durch Regeln
der Oberflächentemperatur des schäumenden Materials, wenn dieses aus der Extruderdüse heraustritt und hierauf
durch Abkühlen einer oder beider Oberflächen der Platte
oder der Folie erreicht, um diese Oberfläche spannungsfrei zu machen und um eine stark glänzende Haut von grö'seerer
Dichte als der Folien- oder Plattenkern zu erhalten. Dieses Folien- oder Plattenaaterial ist in hohem
Maße für die Herstellung von therraoverformten, tiefge-
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zogenen Produkten geeignet, /bei d<men die Ziehtiefe grosser ale das 1=i/2~?aebe dea Durchmessers des Gegenstands
oder Produktes ist.
Anhand dtr Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise
erläutert.
figur 1 zeigt eine Gesamtansicht einer erf j tidungagemäßen
Vorrichtung zum Herstellen von thermoplastischen Schaumstoff platten oder -Folien.. ·
Figur 2 zeigt in einem vergrößerten Teilschnitt einen
Ausschnitt aus dem erflndungsgemaßen Extruder.
Figur 3 Beigt in einer Teilanaicht teilweise im Schnitt
die Misch-* und Kühleonen der in Figur 1 dargestellten
Vorrichtung.
Figur 4 «eigt einen Schnitt längs der Linie 4-4 in Figur
5 in vergrößertem Kaßetab.
Figur 6 zeigt in einem vergrößerten Schnitt ein Extruder- '
mundstück oder eine Extruderdüse und ein Temperatursteueröystem
nach dieser Erfindung und
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162928C
Figur 7 seigt in stark vergrößerten Querschnitt eine
Schaumetoffplatte nach dieser Erfindung.
Venn gemäß dieser Erfindung ein Treibmittel oder Blähmittel
mit einen Polymeren in der Extrudertrommel gemischt wird« muß das Polymere erflndungsgemäß weich genug sein» damit
das Treibmittel oder Blähmittel vollständig in das Polymere hineindiffundieren kann. Wenn Allaweckpolystyrol verwendet wirdρ ist» um dieses Ergebnis zu erhaltenP eine
Temperatur von etwa 2040C (4000P) erforderlich, um das
Polymere su schmelzen und es fließfähig zu machen. Von dieser Schmelztemperatur muß das Polymere wieder auf
Strangpreßtemperatur abgekühlt werden, die kritisch ist, da sie hoch genug sein muß» um den kunststoff zu erweichen» so daß er duroh die Wirkung des Bläh- oder Treibmittels
aufgebläht werden kann» die aber klein genug sein muß, daß der Kunststoff hinreichend sah oder viskos
und koherent 1st» um ein feine Blasen enthaltendes Gebilde EU bilden» Im allgemeinen soll bei Polystyrol die
Temperatur der Schmelze an der Extrudermündung um 1210C
bis 1350C (250 bis 2750F) betragen. Deshalb ist eine «ismlioh
genaue Tsirpfiratursieuerußg erforderlich» um das
Polymere von rund 2040G (4000P) auf etwa 1210C (25O°F)
abzukühlen· Außerdem ist die Temperatur der Platte» wenn
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sieb deren Zellenstruktur entwickelt, ebenfalls τon grosser
Bedeutung. Um die Pluttenbildung und Zellenentwicklung
BU steuern, let gemäß dieser Erfindung ein Temperatursteuersystem
vorgesehen, das die Temperatur des Schaumes an dem Extrudermundetück einstellt und das zusätzlich die
Temperatur der Platte oder Folie im Saum zwischen der Extruderdüee
und der Pore vorrichtung steuerte, Um einen PoIy-
«· styrolechaum mit guter Qualität zu erzeugen 1st es v/ichtig,
eine gleichmäßige Kühlung aufrecht eu erhalten, da Polystyrolechaum eine kleine Wärmeübergangszahl und eine
geringe epesiflache Wärme hat.
Da die Erfindung das kontinuierliche Mischen des Polymeren und des Blähmittels oder Treibmittels in der Treibmittelbesohiokungssone
des Extruders einschließt, ist die Konetruktion der Extrudersebnecke nicht nur in der Entspan-QongsBone,
sondern auch In den Druckzonen vor und nach der SntspananQgesone von Bedeutung. Da rüberhinaus wurde gefunden, daß bei Verwendung von üblichen Extrudern mit Längenau
Sarotaaeeser-Terhältnlesen von etwa 24:1 ein eusät«Hohes
Nischen de« Blähmittels oder Treibmittels und des Polymeren
von Vorteil 1st. Bei fortgeeetstem Mischen ist ·■ jedoch
wichtig* eine susätsllche Erwärmung des Polymeren durch
die Scherkräfte bu vermelden. Dies erfolgt mit einem neu
entwickelten Rührmixer, bei dem geringe Scherkräfte auf-
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treten und der eine gleichförmige Molekulardiffusion des
Blähmittels in des Polymere gewährleistet, ohne überraässige
Erhitzung durch Abscheren des eindickenden Polymeren.
Nach gleichförmigem Vermischen des Blähmittels und des Polymeren wird dieses durch eine DurchweiChungs- oder
Kühleone gefuhrt, in der nicht gerührt wird. Mit den beschriebenen
Maßnahmen und der beschriebenen Vorrichtung wird ein Syetem geschaffen, mit dem thermoplastischer
Schaum mit h jhem Gütegrad kontinuierlich erzeugt werden kann.
In den Figuren 1 und 2 ist eine Vorrichtung iiach die9er
Erfindung dargestellt. Die Vorrichtung weiat einen Extruder 10 mit einer zylindrischen Trommel 12 und einer Schnecke
14 auf. Ein Einfülltrichter 16 ist vorgesehen, um das thermoplastische Material in die Extrudertrommel einzufüllen. Über eint leitung 18 wird das Blähmittel oder
Treibmittel direkt in die Bntepannungseone indiziert, die
als Treibmittel-Besebickungeaone der Extrudertrommel bezeichnet wird. Ein Kugelruckschlagventil 19, das an die
Extrudertrommel engoechloeeen ist, verhindert, daß Polymeres in die Leitung 18 zurückströmt und jedesmal wenn
der Druck in der Trommel den Druck in der ^Leitung 18
übersteigt, schließt sloh das Ventil 19 automatisch. Das
Treibmittel könnte ebenfalls in die Extrudertrommel durch die Schnecke selbst eingeleitet werden, wobei die Schnecke
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mit einem geeigneten Ventil, öas in der Beauhickungszone
angeordnet ist/ versehen sein müßte.
Koaxial EU dem Extruder 10 und von dessen Ende aus erstreckt sich ein Mischzylinäer oder eine Mischkammer .20,
die ebenfalls in den Figuren 3 und 4 dargestellt ist. Der Mischer ist ein Rührmisoher, der so konstruiert ist, daß
ein gleiohftfrmiges Vermischen des Treibmittels und des
geschmolzenen Polymeren gewährleietet wird. Hach der Misch
kammer kommt ein Kühl«ylInder oder eine Kühlkammer 22, in
der nicht gerührt wird, und die vergrößert in den Figuren
3 und 5 dargestellt ist.
Ein StrangpreßmundstUok oder eine Strangpreßdüse 24 nimmt
das Polymere, das aus dem Ende des Kühleylindere 22 austritt,
auf. Diese Düse 1st genauer in Figur 6 der Zeichnungen dargestellt.
Aus dem Extrudereundstück als Kegel oder Konus heraustretender Schaum wird durch Ziehen über eine «ylindrisobe
Jormtromel 26 gestreckt und biaxial orientiert. BIe rohrförmige
Jolle β wird dann in eine untere und eine obere
Bahn alt fest angeordneten Meaeern 28 aufgeschlitzt, die
an beiden Seiten der Tromael 26 angeordnet sind» An dem *
hinteren Ende der fomtrommel werden die Bahnen oder Plat-
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ten geebnet und dann zu nicht dargestellten Ziehwalzen geführt, die die Bahnen in S-förmigen Lagen aufwickeln.
Der in den Figuren 1 und 2 dargestellte Extruder kann
durch geeignete Einrichtungen erhitzt werden, v/ie z.B,
durch elektrische Heizelemente 29, die um die Trommel angeordnet und so gesteuert werden können» daß das Polymere
auf der gewünschten Temperatur gehalten wird. Bas durch
Vormisehen mit einem geeigneten Brweichungamittel, wie z.B»
Pent an ρ weiohgeriachte Polymere wird läY/ga der Extrudertrommel
von dem oberen Seitenabschnitt zu der ersten Druokzone 30 (siehe Pigur 2) gefördert. In der ersten
Druck*one nimmt der Kerndurcbmesser der Extruderechnecke
auf einen maximalen Durchmesser a zu» wodurch das Polymere geschmolzen und während es zu der Treibraittel-Beschickungs-
«one 32 des Extruders vorgeschoben wird, verdichtet wird,
In der Treibeittel-Bteohickungazone hat die Schnecke .einen
wesentlich kleineren Kerndurohraesser b als in der ersten
Druck«one 30. Bas Blähmittel oder Treibmittel wird in die
Treibmittel-Beschickungszone injiziert und Bit dem geschmolzenen Polymeren durch die Wirkung der Stege der Extruderschnecke
vermischt. Die expandierbare Schmelze wird dann zu der zweiten Kompressionszene gefördert, in der
die Schnecke einen Kerndurchmesssr c hat, der kleiner
al« dtr ierndurohmtteer a in der ersten Sompressionseone
162928C
oder Druckzone 30 ist. Dadurch wird 4ao Polymere aua der
Treibmittel· Beschickungazcne etvrao schneller abgezogen
als es aua der Druckzone 30 in die Treibaittol-Beschickunga
zone zugeführt wird. Diese Maßnahme führt zu einer teilweisen "Aushungerung" der Treibmittel-Beschickungszone,
so daß das Polymere das Blähmittel oder Treibmittel, welches durch die Leitung 18 injiziert wird, aufnimmt. Es ist
zwar in den Zeichnungen nicht im besonderen dargestellt;
jedoch weist der Extruder zusätzlich zu den Druok-· und
Expand!erungsBonen, Dosierungszonen auf? in denen der
Kerndurchmesser der Extruderschnecke einen konstanten
Durchmesser hat. Bei einer bevorzugten Arbeitsweise wird die Temperatur dos Polystyrolschaums so gesteuert, daß
in der Beechickungs- und ersten Druckzone Temperaturen
von etwa 1760C (35O°P) und in der Treibmittel-Beschickungezone
eine Temperatur um 1680G (3350P) aufrecht erhalten
werden. Das geschmolzene Polymere hat eine Temperatur im allgemeinen von etwa 1540C (31O0P), wenn es den Extruder
▼erleflt und in den Mleoher 20 eintritt.
Da das Treibmittel direkt in den Extruder injiziert wird,
ist se wesentlich, daß das Polymere und das Treibmittel
welter miteinander gemischt werden. Dies wird dadurch erreicht, daß eine Mischrone oder Mischkammer nachgeschaltet
wird, in der das Polymere gemischt und gekühlt wird,
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wonaoh eine Kühlsone kommt« in der kein mechanisches RUh"
ren der schäumbaren Polymer-Schmelze stattfindet.
Der Mischer 20 v/eist eine aylindrlsche Kammer oder Trommel
36 cuff die einen Innendurchmesser d hat, der wesentlich
kleiner als der Innendurchmesser der Extradertrommel ist. Eine Welle 38 1st -mit der Extruderschnecke 14 verbunden
und dreht sich mit dieser mit. Von der Welle 38 aus erstrecken sich in radialer Richtung Zapfen 40t die, in
axialer Richtung gesehen, im Abstand voneinander angeordnet sind. Diese Mscherkonstruktlon gewährleistet eine
gleichförmige Diffusion und Verteilung deo Blähmittels
oder Treibmittels in dem Polymeren. Der Durchmesser der Welle 38 und der innere DurchEesser des Zylinders 36 sind
so bemessen, daß ein freier ßingrauci in dem Mischer 20
verbleibt, dessen Querschnitt gleich dem Enddosierungequerschnitt
in dem Extruder 1st. Dadurch wird eine gleichförmige
Polymeretröaung von dem Extruder duroh die Mischkammer
20 gewährleistet. Indem eine Mischkammer von wesentlich kleineren Durchmesser als der Durchmesser des .
Extruders gebildet wird« wird dleMögliohkelt einer übermäßigen Erhitsung durch Scherkräfte vermindert» da die
3pitEeef*#ohwindigkeit der Mischereapfen 40 wesentlich
kleiner als die Umfangsgeschwindigkeit der Schneckenstege
in der Enddosierungssone des Extruders ist* Durch diese
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Anordnung ist es gemäS dieser Erfindung möglich* in einem
kontinuierlichen Verfahren die gleiche Wirkung zn erzielen für die nach dem Stande der !Eeehnik zwei getrennte
Extruder nötig sind* wobei die Geschwindigkeit der zweiten Söhnecker wesentlich geringer als die der ersten
Schnecke ist.
Es ist zwar der Zweck der Misch- und Kühlaonen, das Vermischen und Abkühlen des Polymeren, zu vervollständigsnf
es ist Jedoch unerwünscht* eine au schnelle Oberflächenabkühlung der Wände dieser Kammer^ beispielsweise durch
Verwendung von kaltem Wasser, zu bewirken. Infolge der
relativ geringen spezifischen Wärme und der kleinen Wärme=
Übergangszahl von Polystyrol 1st ee wesentlich, daß das
Abkühlen allmählich und. gleichmäßig durch die gesamte
Kasse hindurch erfolgt..
Bach dem durch und durch Mischen in der Mschkamaer wird
das expandierbare geschmolzene Polymere von der Extruderschnecke
in die Kühlkammer oder Kühleone 22 gefördert. Diese Kammer weist eine zylindrische Trommel 42, die denselben Durchmesser wie die Irommel 36 batr auf.- Eine Vielzahl von Metallrohren 44 mit offenen Enden, erstreckt sich
quer durch'die Trommel 42° Sie Durobmeeeer der Rohr« 44 sind
so gewählt, daß ein freier Raum zwischen ünn Rohren und der
BAD OSlQlNAL
1629 28 C
Wand dor Trommel 42 verbleibt« dessen Querschnitt etwa
gleich der Ringfläche um die Extrudersehnecke beträgt.
Die Rohre 44 sind mit ihren Achsen abwechselnd in rechten Winkeln zueinander orientiert. Das Polymere wird dadurch
durch die Kühlzone 42 mit derselben Geschwindigkeit
vorgeschoben! mit der es von der Extrudersohnecke gefördert
wird und das geschmolzene Polymere fließt über, unter
und um die Bohre 44, die dazu dienen, die Temperatur
des Polymeren gleichförmig zu reduzieren und um das Polymere und das Bläh- oder Treibmittel unter minimaler
Absoherung weiter zu aieohen. Es können zwar Lochscheiben
oder Stauscheiben verwendet werden, diese müssen jedoch
einen hinreichend großen freien Querschnitt haben, so daß Übermäßig große Staudrucke sich nicht ausbilden können«
Die Quereehnittaflache des Kühlers entspricht gleich der
Auelaßflacht der Extmderschnecke, um tine Stauung des
Materials zu verhindern und um den Durchsatz gleich de«
Du reheat« zu. machen, der durch die Enddoeierungeechneokenstege
bestimmt 1st« Auf diese Welse wird für eine bestirnte
Extrudereohneckengeschwlndigkeit ein KüoisyeteBauegleich
erhalten« der Über einen Bereich der Schneckengesehwindigkelt
von 40 bis 8ö Umdrehungen pro Minute wirksam 1st«
Die Ertruderdüste 24 ist in Figur 6 Is einzelnen dargestellt
und weist einen Düsensltz 50 auf» Mn Düsenkopf 52 ist
" BAD ORSQfMAL
QdSffti/Uit
162928C
auf da· äußere Ende des Düsen3itzee 50 mit in Ttafangsriehtung
in, Abstand voneinander ans«ordneten Bolzen 54 befestigt. Ein Ring 58 ist auf den Düsenkopf 52 befestigt und
dient, zusammen mit einem Kanal in dein Düsenkopf der Bildung einer Ringkamaer 60 innerhalb dee Düsenkopfea. Die
Kammer hat eine runde öffnung 62, die innerhalb etwa
0(762 mm (0,030 Inches) der DUsenmündung angeordnet ist.
Ein teaperaturgesteuertes Madium wird unter Druck zu der
Kammer 60 duroh das Rohr 64 geleitet, das in den Ring 58
eingeschraubt 1st. In gleicher Weise kann eine Ringkammer in dem konischen Düsenstopfen 70 angeordnet sind, um auf
der inneren Oberfläche der ausgepreßten Folie wirksam zu
werden.
In dem DUsensitz 50 ist ein Dorn 66 angeordnet, auf dem
sich ein Drosselring 68 befindet« Ein kegelstumpfförmi~
ger Stopfen 70 befindet sich auf dem äußeren Ende des Kerne 66 und «In ils axialer Richtung verlaufender Stab 72 erstreckt sich.aus der Mitte des Kerns 66 und des Düsenkopf··
70 nach auswärts von der Bndfläch· 74 der Extruderdüse.
Der Stab 72 bildet «inen Balter für die Formtrommel
26, die in einem vorbestimmten Abstand von der Endfläche
der Bxtruderdüse angeordnet 1st.
BAD ORiQSNAL
-t6~ 162928C
Di· Temperatur der Endfläche 74 wird durch Rohr· 76 gesteuert,
die auf einer Scheibe oder Platte 78 engeordnet
■ind und sloh in Berührung oder in Kontakt mit der Endfläche
74 dee Stopfens 70 befinden» Ein geeignetes Medium,
wie s.B. Kühlluft» kann durch die Rohre 76 geleitet werden, um die Temperatur des Extrudats an der Extrudertaündung
cu steuern. Eine weitere Temperatursteuerung dee Extrudats ist mit einem Kühlring 80 möglich» der um den Extruderkopf
52 angeordnet ist und der mit einem geeigneten Kühlmedium, beispielsweise Luft, beaufschlagt wird. Der
Kiihlring hat, wie dargestelltv die Form eines Rohres mit
mehreren am Umfang verteilten und im Abstand voneinander
angeordneten Bohrungen oder Perforationen 82. Der Durchmesser
des Ringes 80 1st hinreichend groß, so daß die Luft,
dl· aus den Perforationen 82 austritt, auf die Außenfläche der konischen foil« ι in einem bedeutenden Abstand von
der Brtrud«rmUndung auftrifft. Dadurch wird «in· versögerte
Abkühlung der äußeren Oberfliehe dar' Foil· erhalten,
so daß dieee gtetreokt werden kann, während si· heiß aus
der ExtrudermUndung gegen die äußere Oberfläche der Porm»
trommel su gesogen wird.
Dl· Pormtrommel, dl· auf d«m Stab 72 angeordnet 1st, ist
ein« syllndrische Trommel mit einer polierten Metalloberfläche und einem abgerundeten vorderen Rand oder Kante 84,
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~17~ * 162928C
die durch Zirkulation eines Mediums, wie z.B. Wasser,
durch ein Rohr 86, das an dem Band verläuft und sich in
Kontakt mit diesem Rand 84 befindet, gekühlt wird. Sie
Temperatur dee in dem Rohr 86 zirkulierenden Waβaere ist
hinreichend niedrig, so daß die thermoplastische Folie verfestigt oder "gefroren" wird, wenn sie über die Oberfläche
der Trommel gesogen» aufgeschnitten und auf Rollen
aufgewickelt wird. Sine zusätzliche Temperatursteuerung der Folie β wird durch eine Vielzahl von kreisförmig an·
geordneten Perforationen 88 erreicht» die sich durch die
Stirnseite der Trommel 26 erstrecken und die mit einer Druckluftquelle verbunden sein können. Wenn Druckluft
der Trommel zugeführt wird» wird diese auf die innere Oberfläche der folie s geleitet. Die Temperatur dieser
Luft kann annähernd gleich sein wie die Temperatur der
Luft, die durch den Kühlring 60 strömt. Die Druckluft
kann rund un die Fonetroarmel austreten und dient al»
Schmierung, für Polystyrolichaum wurde gefunden, daß
ein· Lufttemperatur der aus dem luhlring und der Trommel
austretenden Luft von etwa 260C (800F) ein Folienmaterial
erzeugt, das durch aiohtbare Häute auf den Oberflächen
des Materials gekennzeichnet ist* Wie in Figur 7 dargestellt, besteht da· Folien- oder Plattenmaterial nach dieser
Erfindung aus einem inneren Kern 90 mit grelleren und ■
runderen Zellen als an den Oberflächen. Die Zellen an den
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162928C
Oberflächen sind wie allgemein bei 92 dargestellt, im
großen ganzen flacher und haben eine Wandstärke Von
50 bis 100 # größer als die Wandstärke der'Zellen in dem
Kern der Platte oder folie.
sichtbare Vorhandensein von Häuten auf Schaumstoffen
nach dieser Erfindung resultiert aus der höheren Konzentration des Polymeren nahe den Oberflächen der Platte
oder folie «usammen mit der länglichen Form der Zellen»
die erhalten wird, wenn die folie sowohl in Lttngeriohtung
als auch in Querrichtung bei ihrer Bildung gestreckt wird· Das Abkühlen der äußeren Oberflächen der Folie, wie es
oben beschrieben wurde, verhindert die Zellenentwicklung· wobei das Polymere an den Oberflächen der folie aushärtet
und kalt gestreckt wird. Inzwischen ermöglicht das wärmere Polymere in der Schicht eine kontinuierliche Ausdehnung
der Zellen« so daß ein Scbiohtschaumstoff erhalten
wird.
Im allgemeinen haben die erflndungsgemäfien Schaumstoffe
eine wesentlich größere Dichte bei einer bestimmten Stärke als bekannte Schäumetoffe und außerdem hochreflektierende
Oberflächen. Die Schaumstoffe erscheinen ewar etwas brüchig, es wurde jedoch überraschenderweise gefunden, daß
Sie leichter wärmeverformbar sind, um brauchbare Artikel
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162928C
zu ereeugen als bekannte Schaumstoffe mit durch und durch
■-.■·■-■■ ·- -.-1. '
gleichen Eigenschaften.
Durch dm· beschriebene Hurten der Oberflächen des Folienmaterials
nach dieser Erfindung wird ein Schaumstoff, der durch dieses Verfahren hergestellt wird, sehr stark in
der Laufrichtung und in der Querrichtung orientiert. Dadurch
werden höhere Zugfestigkeiten für Platten oder Folien mit derselben Stärke sowohl in Längsrichtung als
auoh in Querrichtung der Bahn als bei gleich starken be-·
kannten folien erhalten. Ss wurden Hornrersuche für die
Zugspannungsprüfung unter Verwendung eines 0,013 ■■
(50 ail) starken Schaumsohientβtoffee nach dieser Erfindung nit eines _ Haueg«wio>** von 0,16 g pro cm3
(10 pound pro cubic foot) und eines üblichen gleichmäßigen Schaumstoffes alt einer Stärke von 0,025 am (100 nil) und
einer Dichte von 0,08 g pro or (5 pounds pro cublo foot)
durchgeführt. Die Strsckirersuehe wurden in Längsrichtung
und Querrichtung der Bahn durchgeführt und es ward« gefunden, daß der gleichförmige bekannte Schaumstoff eine
Zugfestigkeit in Langerichtung von 24,5 kg/o·2 (550 psi)
und in Querrichtung von 23,1 kg/cm2 (330 psi) hat. Der
Sohaumschiohtttoff nach dieser Erfindung, der auf dieselbe
Welse getestet wurde und denselben Polymergehalt wie der
bekannte gleichförmige Schaumetoff hat, hat eine Zugfestig-
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*o
162928C
keit in Längsrichtung von 55»3 kg/cm (790 pel) und eine
Zugfestigkeit in Querrichtung von 59,9 kg/cm (870 pei).
Die Wtinevorformungcei£8ncchaften des erfindungagemäßen
Sohaumscbiehtstoffes wurden geprüft, indem bekannter
Schichtetoff mit gleichförmigen Querschnitten und Schaumschichtstoff
nach dieser Erfindung miteinander verglichen wurden. Proben beider Schaunotof.fe vurien mit einer Strahlenbeiβvorrichtung
imierhalb Zeitspannen von 15 bie 165
Sekunden erwärmt. Die Folien v/urden unter Verwendung eines sohalenförmigen Hohlraums mit einer Öffnung von 7,6 cm
(3 inch··) und einer Tiefe von 11,4 cm (4-1/2 inches) verformt·
Die Wärmeverformung wurde unter Verwendung verschiedener Verfahrenemaßnahaen ausgeführt, einschließlich Verformung
im Vakuum und Verformung unter Verwendung/einer zweiteiligen Preßform sowie Kombinationen dieser Verformungsarten.
Etwa 100 Proben oin:u- bokur.nten 2,54 am
(100 nil) starken Bohaumstoff-Polie mit gleichförmigem
Querschnitt und eines spesiflachen Gewicht von 0,08 g/oa'
(5 pound· pro oubio foot) wurden mit einer ähnlichen An-Bahl
von Proben einer 1»3 w* (50 eil) a<;arfcen Schichtetoff-Folie
alt einem eptiifiachen Gewicht von 0,16 g/ca'
(10 pounds pro cubic foot) verglichen, wobei Schalen von gleichem Gesamtgewicht und gleichem Polymergehalt hergestellt
wurden,
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162928C
Bel den etwa 100 Proben aus dem gleichförmigen Schaumstoff
wurden keine Erwärmunga- und ?onaungsbedi«gungen
gefunden ι mit denen für den Handel ^eeignet· th#rmover~
formte Produkte hergestellt werden können.
Im Gegensatz hierzu konnten mit dem erfindungsgenäBen
Schaumschichtstoff mit einer Stärke von 1,3 mm (50 mil)
und einer Sichte von 0,16 g/cisr (10 pounds pro cubic foot)
reproduzierbar Schalen von auegeaeichneter handelsüblicher
Qualität hergestellt werden·
Bei der besonderen Konstruktion der Extruderdüse, die
sich für das erfindungsgemäße Verfahren als geeignet erwiesen hat, ist der Drosselring 68 so dimensioniert, daß
der Hingraum »wischen dem Drosselring und der Düsenwand
etwa 0,762 mm (0,030 inches) und der Abstand von der Polymerauführung und dem Drosiftlrlng etwa 12 ob (4-3/4
inch··) beträgt· Dadurch wird ein· gleichförmige Zufuhr
und ein gleichförmiger Druck hinter dem DroMslrlne ·Α*1-ten.
Von den Drossslrlng nach außen beträgt die innere
Querschnittestärke des polymeren Schmelzflusses etwa
9,5 mm (3/8 inch) und die Abtuetsenflache 90 in der Extruderdtisenmündung
ist etwas weniger als 1,59 mm (1/16 Inch) stark.
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Zl
162928C
Wenn das Polymere aus der Ejttruderdüaeioaiündono; austritt,
wird deaaen ieicße γα tür und relativ dichte OberflfeLchenhaut
duroh den Luftstrom aua der öffnung 62 der EinglcaiMer 6C
gesteuert. Die Temperatur dieeer Luft wird so gewählt,
daß, wenn »ie auf die Folie auftrifft>
elno etvas niedrigere Temperatur ale das Polymere hat/ Gewöhniinn wird,
wenn Luft bei Baumtemperatur in die Kammer 60 eingeleitet wird, genügend Wirae von dieser Luft von dem Extruderkopf
5Θ aufgenommen* um dl* Temperatur dieser Luft auf das gewünschte JiYeau zu erhöhen. Bei der Verarbeitung von
Polystyrol wurde gefunden, daß eine Lufttemperatur an der
öffnung 62 von etwa 10? bis 1210C (225 bis 250°?) ausge-
«eiohnete Ergebnisse sur ?olge hat. Die Temperatur der
beiden Oberflächen der folie β wird durch die Kühlung des
Stopfens ge@t®tt@n, die, wie b ο achrieben, durch Zirkulierung
von Luft bei läuatemperatur durch das Rohr 76 oder
durch eins Innere Luftkammer» ähnlich der Kammer 60, er reicht werden kann. "Dadurob wird der äußere Rand des
8topfens auf eine Temperatur von etwa 1210O (2500P) gehalten» natürlich wird, wenn ein Sohaumschlchtstoff mit
nur einer getemperten oder spannungsfreien Oberfläche gewtinsoht
wird, nur eins Oberfläche des Schaumstoffes gekühlt. Die Anwendung dieser !Femperaturregeleinrlchtungen
an der Bxtruderdüse gewährleistet eine ausgsseichnete Sei·*
lenentwicklung in dem Schaumstoff und vermindert die Mög-
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162928C
lichkeit von gebrochenen Seilenoberflächen, Bildungen von
falten und Wellungen, wie sie auftreten, wenn die Foil·
so gestreckt wird, wie sie aus der Bxtruderdüoe herauskommt.
Die sorgfältige Temperatureinstellung In Augenblick des Heraustretens der Felle aua der Extrudermündung verhindert,
da8 die Zellen an der Oberfläche reiseen. Insbesondere wire,
jedooh durch diese Maßnahme eine Oberfläche mit höherer
Sicht· erhalten, die «ine bessere Thermoverformung ermöglicht.
Wenn die Foil· gestreckt wird, ist eine susätellche Temperatursteuerung
in Fora eines Warmlüftetrob» bei etwa 270C
(800F) vorgesehen, der aus dem Ring 60 und den Perforationen
88 der Forntroamel heraustritt· Mit dieser »weiten tuhletufe werden die Folienoberflachen verfestigt, bevor
sie die Formtromael 26 erreichen. Tor dieser Verfestigung wird die Foil· heil von dor Ixtrudernundung nach auBen
gegen Al· Formtroemel tu gestreckt. lach der Kühlung in
dem 27°0 (800F) warmen Luftetrom iet dl· Folie biaxial
orientiert, wenn si· über dl· vorder· Kant· 84 der Pormtroismel
gesogen wird, wo die Foil· gefroren wird und Ihr·
endgültige Form erhält, ic ist deshalb kein· weitere Formbildung oder Orientierung der Foil· erforderlich· Be sollen
einige wenige Sekunden für den Vorschub der Folie von dem Ring 80 ku den Messern 28 verbleiben. Ba wurde gefun-
' ' BAD OBIQfWAL 0098 19/UQ 1
162928C
den, daß eine Laufzeit von etwa 3 bis 5 Sekunden auf der
Trommel eine ausreichende Abkühlung der Folie ermöglicht, 80 daß diese gut mit den stationären Messern aufgeschlitzt
werden kann. Ein zusätzlicher Luftküblring (nicht dargestellt) kann im Abstand um die vordere Kante der Trommel
26 angeordnet sein, um das "Gefrieren11 oder Verfestigen
der Folie an dieser Stelle zu unterstützen.
Nach dem endgültigen Abkühlen wird der Folienzylinder
aufgeschlitzt und in zwei Bahnen w aus Schaumsehlchtstoff
geteilt, die getrennt auf Rollen aufgewickelt werden.
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Claims (1)
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Pa ten tan a ρ r ü c h e
1. Vorrichtung zum Herstellen von thermoplastischen Schaumstoff-Folien oder -Platten rai.t einem Extruder und Einrichtungen« um den Extruder mit einem Polymeren zu beschicken, gekennzeichnet durch Einrichtungen, um ein
Blähmittel oder Treibmittel direkt in den Extruder einzuleiten, Einrichtungen, um das Blähmittel und daa Polymere
zu mischen und zu tempern, Einrichtungenι um die
Mischung abzukühlen und eine Extruderdüse, aus der die Folie gepreßt wird und die der Kühleinrichtung nachgesohaltet
ist.
2, Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Mischeinrichtung einen Rotor aufweist, um das Treibmittel und das Polymere «weoka Erzeugung einer schäumbaren Polymerschmelze miteinander zu vermischen.
3* Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Misch- und Kühleinrichtungen sich in Kammern befinden,
die koaxial zu der Extrudertrommel verlaufen und einen
kleineren Durchmesser als der Durchmesser der Extrudertrommel haben, und daß die Kühlkammer eine Vielzahl von
in axialer Richtung im Anstand angeordneter und sich in
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009318/U01
162928C
radialer Richtung durch die Kühlkammer erstreckender
Stäbe aufweist, wobei diese Stäbe zum KühJ-en und Mischen
ohne wesentliche Abscherung der darüber bewegten Polymer-Schmelze
dienen»
4ο Vorrichtung zum Herstellen von thermoplastischem Schaumstoff nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dafl die
Stäbe in der Kühlkammer als hohle Rohre ausgebildet sind
und daß der Mischer eine Welle aufweist» die sich von
dem Ende der Extruderschnecke aus fortsetzt una eine Viel·*
zahl von in axialem Abstand voneinander und sich in radialer Richtung erstreckender Zapfen hat, die wesentlich kürzer
als der Radius im Endabschnitt der Extrudersohneoke sind.
5. Vorrichtung naoh Anspruch 1 und 3, daduroh gekennzeichnet,
dafl der Xlsoberrotor eioh in einer Mischkammer dreht·
dl« tioh voa Attetrittaende des Extruders erstreckt und daS
die Ktihlelnrlohtungen eine Kühlkammer, die an die Misohktner
anoofclleßt, Aufweisen» wbbei die Misch- und KUhI-kanmer
Quersohnittafläohen für den freien Durchgang heben,
die etwa gleioh der Ringquereehnltteflache des Extruderdurohgangs
entsprechen.
BAD ORIGINAL
009818/1401
6. Vorrichtung naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Estruder eine Trommel und eine Schnecke mit einer Exgaaeione-
oder Entlüftungszone, einer ersten Druekzone
VuT der Expansionesone. und einer zweiten Druckzone nach
der Expansionszone aufweist, wobei das Bläh- oder Treibmittel
in die Expaneionszone injiziert wird und der Kern-Siarohmesser
der Extruderschnecke in der zweiten Druokeone kleiner als in der ersten Druckzone ist, so daß das Bläh«
alttel oder Treibmittel durch das Polymere gleichmäßig gehemmt wird« .
7· Torrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
der Extruderausgang durch eine Misch- und Kühlzone geführt
wird, wonach eine Ktihlzone ohne Rührwirkung, eine Bxtruderdüse
zuB Bilden einer röhrenförmigen thermoplastischen
Schaumfolie, die den Ausgang der Kühl·one aufnimmt, wobei
dl· Düse"Einrichtungen zum Steuern der Temperatur des
Sxtrudate an der DüeenmUndung bat, und eine Formtrommel
folgen, dl· koaxial zu der Extruderdüse angeordnet ist,
und wobei linriohtungen bus Trennen der iolienhülse in
Sohaumfolienbahnen vorgesehen sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Extruderdüee eine kreisförmige DÜsenmündung, wenlgetens
eine ringförmige Luftkammer, die in dem Düsenkopf
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Q Q9 8 1 8 / U 0 1
** 162928C
angeordnet ist und eine Ringöffnung aufweist, durch die
Luft aus dieser Luftkammer auf das aus der Düsenmündung austretende Extrudat aufgeblasen werden kann, Einrichtungen
zum Kühlen fler Folie in einem bestimmten Abstand
von der Düsenmündung, eine Formtrommel, die in koaxialem
Abstand von der DU'ae angeordnet ist und über die die
Schäumstoff-Polio gezogen werden kann, und Einrichtungen
aufweist,zum Kühlen der Schäumetoff«Folie, wenn diese mit
der Formtrommel in Eingriff kommt, um eine weitere Orientierung
des Schaumstoffes eu verhindern.
9ο Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
die Einrichtung zum Kühlen der Folie außerhalb der Extrudermündung
Mittel aufweist» um ein Gas gegen die innere und äußere Oberfläche der konischen Folie in einer Zone
zwischen der Extrudermündung und dem Anfang der Formtrommel zu richten.
10. Verfahren zum Herstellen einer thermoplastischen ßchauestoff-Folie,
dadurch gekennzeichnet, daß der in Folienform extrudierte Schaumetoff auf seinen Oberflächen unmittelbar
nach dem Austritt aus der Extruderdüse, wenn sich die Zellen formen, auf eine Temperatur unterhalb
derjenigen im Inneren dee Schaumetoffs abgekühlt vird,
und daß der Schaumstoff während des Abkühlens der Ober-
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0038 1 8/ UQI
z3 , 162928C
fläotosn gestreckt v/irö, so dass er auf seinen Oberflächen
eine grösaez-e Dichte als in seinem Inneren bekommt
.
11. Thermoplastische Schaumstoff-Folie, hergestellt nach
dem Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Zellenstruktur, bei der die Zellen der Oberflächen
der Schicht eine wesentlich grosser© Dichte als die Jiellen im Inneren der Schicht haben«
12. Thermoplastischer Schaumstoff nach Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet, dass das spezifische Gewicht oder Rauüjgewichi; des gesamten Schaumstoffs weniger als 0,5 g
pro cm (30 pounds pro cubic foot) ist.
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0098 1 8/UO 1
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