DE1694138C2

DE1694138C2 - Verfahren zur Herstellung von harten Schaumstoff-Formteilen

Info

Publication number: DE1694138C2
Application number: DE19671694138
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl.-Ing. 5090 Leverkusen Knipp
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1967-03-15
Filing date: 1967-03-15
Publication date: 1982-06-09
Also published as: DE1694138A1; GB1209243A; JPS5527098B1; AT285959B; FR1559325A; DE1694138B2

Description

a) Polyisocyanaten,

b) organischen Verbindungen mit mehreren reaktionsfähigen Wasserstoffatomen,

c). Treibmitteln und
d) Zusatzstoffen

in geschlossene Formen einfüllt und darin aufschäumt, wobei man mehr schaumstoffbildendes Reaktionsgemisch in die Schäumform einfüllt, als es zur drucklosen Ausfüllung des Formenhohlraums mit Schaumstoff erforderlich ist, dadurch gekennzeichnet, daß man

1. als Polyisocyanate Diphenylmethan-diisocyanat und durch Anilin-Formaldehyd-Kondensation und anschließende Phosgenierung gewonnenes Polymethylen-polyphenylpolyisocyanat, welche gegebenenfalls Carbodiimidgruppierungen, Uretdiongruppierungen, Urethonimingruppierungen oder Isocyanuratgruppierungen enthalten oder durch Umsetzung mit mehrwertigen Alkoholen modifiziert worden sein können, verwendet,

2. als Treibmittel niedrigsiedende Lösungsmittel in einer Menge von 0,02 bis 0,08 Mol, bezogen auf 100 g der Komponente b) einsetzt

und das Verfahren so führt, daß

3.

4.

5.

die Summe aus der Dichte (ausgedrückt in g/cm³) des im unverdichteten Zustand resultierenden Schaumstoffs und dem Verdichtungsgrad zwischen den Werten 1,45 und 8,15 liegt,
das entsprechende Produkt aus Dichte und Verdichtungsgrad zwischen den Werten 0,2 und 1,2 liegt und

die Oberflächentemperatur der Form mindestens 60° C unterhalb der maximalen Reaktionstemperatur, die im Zentrum eines nach gleicher Rezeptur hergestellten zylindrischen Schaumstoffkörpers von 140 mm Durchmesser und 165 mm Höhe erreicht wird, gehalten wird.

Es ist seit langer Zeit bekannt, Formkörper aus Polyurethanschiiumstoffen herzustellen, wobei man sich der Methode der Formschäumung bedient Diese besteht darin, daß man ein schaumfähiges Gemisch in eine Form einträgt und darin aufschäumen läßt Es gelingt auf diese Weise, Formkörper mit Raumgewichten zwischen 25 und 800 kg/m³ herzustellen. Diese Formkörper besitzen eine äußerst dünne Schaumhaut, auf die unmittelbar und ohne Übergang das zellförmige Innere des Formkörpers folgt Die Oberfläche der auf diesem Wege hergestellten Formkörper ist aus diesem Grund sehr wenig widerstandsfähig. Selbst durch nachträgliches Lackieren läßt sich die Oberflächenfestigkeit nicht nennenswert verbessern.

Um die Oberflächenfestigkeit zu verbessern und damit die Steifigkeit des Formkörpers zu erhöhen, war man bisher gezwungen, Leichtkernverbundkonstruktionen aufzubauen. Diese sind dadurch gekennzeichnet, daß man feste Deckschichten, wie z.B. metallische Deckschichten oder glasfaserverstärkte Kunststoffe

ίο oder Sperrholz entweder nachträglich durch Verkleben mit einem Schaumstoffkern kombiniert oder indem man die obengenannten Deckschichtmaterialien vor dem Schäumvorgang in der Form anordnet und den zwischen den Deckschichten verbleibenden Zwischenraum ausschäumt Zwischen Deckschicht und Schaumstoffkern müssen oft zusätzliche Randzonenarmierungen des Schaumstofformkörpers (z. B. Faservliese aller Art) angeordnet werden, da bei alleiniger Verwendung der Sandwichdeckschichten die angestrebte Steifigkeit des gesamten Formkörpers für viele Anwendungszwekke nicht ausreicht Die oben geschilderte Methode der Anwendung von Randzonenarmierungen für Sandwichkonstruktionen, die nur für das Ausschäumverfahren Gültigkeit hat führt zu einer Inhomogenität des Sandwichschaumstoffkörpers, d.h. zu einem erhöhten Raumgewicht direkt unter der Sandwichdeckschicht Dabei bleibt jedoch ein unerwünschter Raumgewichtssprung zwischen Randzone und Kerninneren erhalten. Darüber hinaus ist die Vorbereitung der Deckschichthohlkörper mit dem zu durchschäumenden Randzonenarmierungsmaterial nicht wirtschaftlich, da mehrere Arbeitsgänge erforderlich sind.

Die Beobachtung von Konstruktionen aus der Natur zeigt, daß eine hohe Steifigkeit bei leichten Werkstoffen dann erzielt wird, wenn innerhalb der Konstruktion die Dichte des Werkstoffs von außen nach innen kontinuierlich und nicht sprunghaft abnimmt Schaumstoffe, vorzugsweise auf Polyurethanbasis, bieten die Möglichkeit, solche Idealkonstruktionen zu erzeugen, die auf dem Wege der Sandwichkonstruktion nicht realisiert werden können.

Es wurde bereits früher versucht Schaumstofformkörper mit einer kontinuierlichen Abnahme der Dichte von außen nach innen zu erzeugen (französische Patentschrift 13 32 981). Bei diesem Verfahren wird in einer offenen und gekühlten Form ein aufschäumendes Reaktionsgemisch, das noch plastisch ist, einer Nachverdichtung durch mechanische Kompression unterworfen. Das geschilderte Verfahren beinhaltet eine Reihe von Nachteilen hinsichtlich der Erzeugung des Schaumstoffkörpers und hinsichtlich des Vorrichtungsbaus. Die Gleichmäßigkeit der zu erzeugenden Teile hängt in sehr unangenehmer Weise von der Einhaltung der in der französischen Patentschrift 13 32981 beschriebenen Formen- und Reaktionstemperaturen ab sowie von den Formenschließzeiten. Außerdem ist das Verfahren im wesentlichen auf plattenförmige Teile eingeschränkt, da für alle räumlichen Formteile der Vorrichtungsbau unwirtschaftlich und schwer zu realisieren ist. Bedingt durch die Forderung, in gekühlten Formen die Serien-Produktion durchzuführen, können nur aufwendige metallische Formen zum Einsatz gelangen.

In »Rubber World«, August 1959, S. 711 bis 716, wird die Herstellung von flexiblen Polyurethanschaumstoffen beschrieben, die indessen keine Integralstruktur wie die Verfahrensprodukte gemäß Erfindung aufweisen. Vielmehr handelt es sich hierbei um die eingangs näher erläuterten konventionellen, durch Formverschäumung

hergestellten Polyurethanschaumstoffe, welche bei der Formverschäumung einen Oberflächenkollaps, verbunden mit einem Schrumpeleffekt der Haut, erlitten haben. Auch auf S. 715, linke Spalte, wird von den Defekten der Schaumhaut geredet, so daß schon hieraus hervorgeht, ϊ daß es sich nicht um die harten Integralschaumstoffe, wie sie erfindungsgemäß hergestellt werden, handeln kann.

Auch die deutsche Auslegeschrift 11 Il 381 lehrt nicht, harte Integralschaumstoffe herzustellen. Vielmehr ι ο ist es schon seit langem bekanntgewesen, daß man Halogenalkane bei der Herstellung von Polyurethanschaumstoffen zwecks Kühlschrankausschäumung einsetzen kann. Es ist aber auch gleichzeitig bekanntgewesen, daß die bei der Kühlschrankausschäumung entstehenden Schaumstoffe mit Sicherheit keine Integralschaumstoffe darstellen.

Auch die deutsche Auslegeschrift 12 22 248 gibt keine Lehre zur Herstellung von harten Schi-imstoffen mit integraler Struktur. Diese Literaturstelle beschreibt zwar die Verwendung von bestimmten Halogenalkanmengen, es ist jedoch kein Hinweis zu entnehmen, daß in geschlossenen Formen geschäumt werden soll. Außerdem hat der dieser deutschen Auslegeschrift zugrunde liegende erfinderische Gedanke mit dem der Erfindung zugrunde liegenden Problem und seiner Lösung überhaupt nichts zu tun.

Gegenstand der Erfindung ist nunmehr ein Verfahren zur Herstellung von harten Schaumstoff-Formteilen mit einer dichten Außenhaut, die nicht sprunghaft in den Schaumstoffkern übergeht und einem SchaumstoiTkern mit differentiell abnehmender Dichte, deren Minimum etwa in der Mitte des Formteilquerschnitts liegt, indem man ein zum Schaumstoff führendes Reaktionsgemisch aus

a) Polyisocyanaten,

b) organischen Verbindungen mit mehreren reaktionsfähigen Wasserstoffatomen,

c) Treibmitteln und

d) Zusatzstoffen

in geschlossene Formen einfüllt und darin aufschäumt, wobei man mehr schaumstoffbildendes Reaktionsgemisch in die Schäumform einfüllt, als es zur drucklosen Ausfüllung des Formenhohlraums mit Schaumstoff erforderlich ist

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man

1. als Polyisocyanate Diphenylmethan-diisocyanat und durch Anilin-Formaldehyd-Kondensation und anschließende Phosgenierung gewonnenes PoIymethylen-polyphenylpolyisocyanat, welche gegebenenfalls Carbodiimidgruppierungen, Uretdiongruppierungen, Urethonimingruppierungen oder Isocyanuratgruppierungen enthalten oder durch Umsetzung mit mehrwertigen Alkoholen modifiziert worden sein können, verwendet,

und das Verfahren so führt, daß

3. die Summe aus der Dichte (ausgedrückt in g/cm³) des im unverdichteten Zustand resultierenden Schaumstoffs und dem Verdichtungsgrad zwischen den Werten 1,45 und 8,15 liegt,

40

4. das entsprechende Produkt aus Dichte und Verdichtungsgrad zwischen den Werten 0,2 und 12 liegt und

5. die Oberflächentemperatur der Form mindestens 6O⁰C unterhalb der maximalen Reaktionstemperatur die im Zentrum eines nach gleicher Rezeptur hergestellten zylindrischen Schaumstoffkörpers von 140 mm Durchmesser und 165 mm Höhe erreicht wird, gehalten wird.

Unter den Verbindungen, welche mit Isocyanaten reaktionsfähige Gruppierungen enthalten, sind vorzugsweise Polyhydroxyverbindungen zu verstehen. Die Erfindung betrifft somit vorzugsweise die Herstellung von Polyurethanschaumstofformteilen. Genannt seien beispielsweise aus mono- oder polyfunktionellen Alkoholen und Carbonsäuren oder Oxycarbonsäuren, gegebenenfalls unter Mitverwendung von Aminoalkoholen, Diaminen, Oxyaminen oder Aminocarbonsäuren, nach bekannten Verfahren hergestellte lineare oder verzweigte Polyester oder Polyesteramide, die auch Heteroatome, Doppel- und Dreifachbindungen sowie modifizierende Reste von ungesättigten oder gesättigten Fettsäuren oder Fettalkoholen enthalten können. Genannt seien ferner durch Polymerisation von Alkylenoxiden, wie Äthylenoxid, Propylenoxid, Styroloxid, Epicblorhydrin oder Tetrahydrofuran, gewonnene lineare Polyalkylenglykoläther verschiedenen Molekulargewichts, bevorzugt solche mit einem Hydroxylgruppengehalt von 0,5 bis 18%. Auch Mischpolymerisate können Verwendung finden. Die Eigenschaften der Endprodukte werden dadurch oft in bemerkenswerter Weise verändert. Geeignet sind ferner durch Anlagerung der genannten Alkylenoxide an z. B. polyfunktionelle Alkohole, Aminoalkohole oder Amine gewonnene lineare oder verzweigte Anlagerungsprcdukte. Als polyfunktionelle Startkomponenten für die Addition der Alkylenoxide seien beispielhaft genannt: Äthylenglykol, 1,2-Propylenglykol, Trimethylolpropan, 1,2,4-Butantriol, Glycerin, Pentaerythrit, Sorbit sowie Oligo- oder Polysaccharide, Rizinusöl, Äthanolamin, Diäthanolamin, Triäthanolamin, Anilin, Arylendiamine, Alkylendiamine vom Typ Äthylendiamin, Tetra- oder Hexaäthylendiamin oder auch Ammoniak. Selbstverständlich können auch Gemische linearer und/oder verzweigter Polyalkylenglykoläther verschiedenen Typs eingesetzt werden. Diese Polyalkylenglykoläther können auch in Mischung mit anderen Hydroxylverbindungen oder Aminen verwendet werden. So z. B. in Mischung mit 1,4-Butylenglykol, Trimethylolpropan, Glycerin, 2,3-Butylenglykol, Pentaerythrit, Weinsäureestern, Rizinusöl oder Tallöl. Auch in Mischung mit Polyestern kann die Verschäumung der Polyalkylenglykoläther erfolgen. Auch OH- und/oder SH-Gruppen aufweisende PoIythioäther, mit Alkylenoxid umgesetzte Phenole, Formaldehydharz, Hydrierungsprodukte von Äthylen-Olefin-Kohlenoxid-Mischpolymerisaten oder Epoxidharzen, ferner Aminogruppen aufweisende Verbindungen, wie Aminopolyäther, Polyester oder Polyurethane, darüber hinaus Carboxylgruppen und/oder cyclische Anhydridgruppen aufweisende Verbindungen, die daneben noch Äther-, Ester-, Amid-, Harnstoff-, Urethan- oder Thioäthergruppen enthalten können, seien als Beispiele für geeignete, mit Isocyanaten reagierende Verbindungen genannt. Natürlich lassen sich auch flammhemmende Zusatzstoffe verwenden, die einerseits mit Isocyanaten reagierende Gruppierungen enthalten können, wie z.B. Umsetzungsprodukte aus Phosphorsäure bzw.

phosphoriger Säure oder Phosphonsäuren und Alkylenoxiden oder Alkylenglykolen, Umsetzungsprodukte aus Dialkylphosphiten, Formaldehyd und Dialkanolaminen, sowie auch solche Flammschutzmittel, die keine mit Isocyanaten reagierenden Gruppen enthalten, z. B. Tris-2-chloräthylphosphat, Trikresylphosphat oder Trisdibrompropylphosphat.

Bei der Herstellung der Schaumstoffe verwendet man in üblicher Weise Aktivatoren, z. B. Dimethylbenzylamin, N-Methyl-N'-(N,N-dimethylaminoäthyl)-piperazin, Triäthylendiamin, permethyliertes Diäthylentriamin oder zinnorganische Verbindungen, beispielsweise Dibutylzinndilaurat oder Zinn(II)-octoat. Daneben finden auch Stabilisatoren, wie Polyätherpolysiloxane, sulfonicrte Rizinusöle oder deren Natriumsalze, Verwendung.

Als Treibmittel verwendet man niedrigsiedende Lösungsmittel, wie z. B. Trichlormonofluormethan, Dichlordifluormethan oder Methylenchlorid. Von derartigen Treibmitteln werden 0,02 bis 0,08 Mol, bezogen auf 100 g der mit Isocyanaten reagierende Gruppierungen enthaltenden Verbindung, eingesetzt.

Das erfindungsgemäße Verfahren gibt die Möglichkeit, den gewünschten Effekt einer kontinuierlichen Dichteabnahme von den Oberflächen zum Formteilinneren hin zu erreichen, ohne daß dabei die bei anderen Verfahren bekannten wirtschaftlichen und technischen Nachteile auftreten.

In der Praxis werden Formteile aus Schaumstoffen, speziell aus Polyurethanschaumstoffen, unter »Verdichten« hergestellt. Unter dem Begriff »Verdichten« versteht man dabei nicht nur, daß das schäumende Reaktionsgemisch durch die begrenzenden Formenwandungen an der freien Audehnung nach allen Seiten gehindert wird, sondern auch, daß man mehr schaumstoffbildendes Reaktionsgemisch in die Schäumform einfüllt, als es zur drucklosen Ausfüllung des Formenhohlraumes mit Schaumstoff erforderlich ist. Durch diese Verfahrensweise wird insbesondere bei komplizierten Formen die vollständige und fehlerfreie Ausfüllung des Formenhohlraums sichergestellt. In diesem Sinne bedeutet beispielsweise ein »Verdichtungsgrad 2«, daß man 100 kg eines Reaktionsgemisches, welches frei geschäumt ein Volumen von 1 m³ mit Schaumstoff erfüllen, in eine Form mit einem Volumen von nur 04 m³ einbringt und aufschäumen läßt Unter »Verdichten« entsteht in diesem Fall ein Formkörper mit einem Volumen von nur 0,5 m³ und einem Raumgewicht von 200 kg/m³.

Die durch bisher durchgeführtes Verdichten erzeugten Schaumstofformteile mit homogenem Raumgewicht besitzen eine Schaumhaut mit einer Dichte von etwa 1,2 g/cm³, die aber normalerweise nur eine Dicke von mehreren μ hat und keinen festigkeitssteigernden Einfluß auf den Formkörper ausübt Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann nun der Effekt erzielt werden, daß eine zum Formteüinnern hin kontinuierliche Abnahme des Raumgewichts erfolgt Dadurch resultiert eine wesentlich dickere, homogene Schaumhaut mit einer Dichte von z. B. 1,2 g/cm³, welche im Gegensatz zu anderen bekannten Formschäumverfahren differentiell, d.h. nicht sprunghaft in den Schaumstoff kern fibergeht und wo darüber hinaus der Schaumstoffkem eine differentiell abnehmende Dichte aufweist, deren Minimum etwa in der Mitte des Formteilquerschnitts liegt

Die Bedeutung der Art und der Menge der erfindungsgemäß zu verwendenden Treibmittel ist daran zu erkennen, daß der erfindungsgemäße Effekt nicht mit solchen Verschäumungssystemen erzielbar ist, in denen nur oder vorzugsweise mit aus H2O und Isocyanat erzeugten CO2 als Treibmittel gearbeitet -, wird. Schaumstoffkörper, die unter den oben beschriebenen Summen- oder Produktbedingungen ohne niedrigsiedende Lösungsmittel in den angeführten Mengen erzeugt werden, zeigen in keinem Fall die Oberflächenausbildung und Dichteabstufung gemäß Erfindung (s.

id Beispiel28,Fig. 1).

Erfindungsgemäß hergestellte Schaumstofformkörper weisen in der Regel eine summarische Dichte von 0,05 bis 1,2 g/cm³ auf. Die erwünschte differentielle Dichteabnahme des Formteils von außen nach innen

ι -. wird optimal, wenn der Verdichtungsgrad auf z. B. 1.2 bis 6 eingeschränkt wird (Beispiel 29, F i g. 2). Gleichzeitig ist eine Begrenzung des Verdichtungsgrades auch wirtschaftlich vorteilhaft, denn bei niedrigen Verdichtungsgraden treten nur geringe Schäumdrücke auf, so

.'0 daß man nur leichte und wenig aufwendige Vorrichtungen (Formen) benötigt Das Verfahren gemäß Erfindung führt ferner zu optimalen Schaumstofformkörpern mit einer über den Querschnitt des Formteils differentiellen Dichteverteilung, wenn die Dichte des für die Formteil-

r> herstellung benutzten Schaumstoffs im unverdichteten Zustand oberhalb 0,12 g/cm³, vorzugsweise im Bereich von 0,25 bis 0,5 g/cm³, liegt

Als Formenwerkstoffe sind solche aus Metallen, gießbaren Kunststoffen, Beton oder Gummi geeignet

1» Die spezifische Festigkeit der erfindungsgemäß herstellbaren Schaumstofformteile kann wesentlich gesteigert werden, indem man dem Reaktionsgemisch Füllstoffe zufügt. Diese Füllstoffe können sowohl organischer als auch anorganischer Natur sein. Die Steigerung der spezifischen Festigkeit ist besonders ausgeprägt, wenn flächig oder faserig strukturierte Füllstoffe Verwendung finden, z. B. Glasfasern, Asbestfasern, Metallpulver, Metallfasern oder synthetische Fasern. Bei organischen Füllstoffen, die z. B. in Pulverform und/oder als Emulsion eingesetzt werden können, lassen sich sowohl Duroplaste, besonders aber auch thermoplastische Materialien verwenden. Als solche seien beispielhaft genannt: Homo- oder Mischpolymerisate aus ein- oder mehrfach ungesättigten Olefinen, Acrylnitril, ungesättigten Carbonsäureestern, Styrol, Vinylchlorid oder Vinylidenchlorid. Auch Cellulosederivate, Polyamide, Polyimide, Polycarbonate oder Polyoxymethylene lassen sich im erwähnten Sinn als Füllstoffe verwenden. Die Beispiele 25,25 und 27 zeigen die Verbesserung der physikalischen Eigenschaften der Schaumstoffe bei Verwendung z. B. von Glasfasern mit einer Länge von 0,1 bis 0,3 mm und einer Stärke von etwa 7 μ. Für die praktische Verwendung der erfindungsgemäß hergestellten Formteile ist es häufig vorteilhaft, zur Befestigung der Elemente, zur Einleitung von örtlichen Kräften und zur Erhöhung der Steifigkeit die Formteile örtlich oder Ober die ganze Fläche hinweg zusätzlich zu armieren. Dieses kann in vorteilhafter Weise z. B. dadurch geschehen, daß man z. B. räumliche Systeme aus Metall, Kunststoff oder Sperrholz, die gut durchschänmbar sind, vor dem Schaumprozeß in die Schäumformen einlegt Solche räumlichen gut durchschäumbaren Armierungen, auf denen das auftreibende Reaktionsgemisch eine für den Anwendungszweck befriedigende Haftfähigkeit besitzt, können z. B. Streckmetall, Wabenwerkstoffe oder ränmOche vernadelte, versteppte oder durch synthetische Bindemittel fixierte Faservliese, aber auch Fasergewebe, -gewirke oder

-geflechte sein. Bei der Anordnung solcher Armierungen in der Schäumform vor dem Schäumprozeß verbleiben die Armierungssysteme in der gewünschten Position und gewährleisten damit den erwünschten örtlichen oder ganzflächigen Versteifungseffekt. Speziell für örtliche Krafteinleitungen besteht die Möglichkeit, auch flächige, in den Schaumstoffkörper hineinragende Armierungen, aus z. B. Metall, Kunststoff oder Sperrholz, anzuwenden, die wiederum in der auszuschäumenden Form sorgfältig fixiert werden.

Schaumstofformteile gemäß der Erfindung gewinnen vor allen Dingen Interesse, wenn Leichtbaukonstruktionen aller Art zum Einsatz kommen sollen. Leichtbaukonstruktionen werden verwendet für Fahrzeugbau, Möbelbau, Hausbau, Schiffsbau, Flugzeugbau, Bau von künstlichen Gliedmaßen und für eine große Anzahl von Gegenständen des täglichen Lebens: als Ausrüstungsgegenstände für den Fahrzeugbau, für Straße, Schiene, Wasser, Luft- und Raumfahrt, Hausbau, Haushaltsgeräte, Fischereiwesen, Schuhindustrie, Gehäuse für Geräte

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aller Art der Elektroindustrie, der feinmechanischen und der optischen Industrie.

Beispiele 1 bis 27

Die Rohstoffkomponenten I bis XXVIl werden in den in der nachfolgenden Tabelle angegebenen Gewichtsmengen zusammengegeben und intensiv miteinander vermischt. Alsdann gießt man das Gemisch in eine metallische Form, die dann verschlossen und mittels einer Presse zusammengehalten wird. Das Gemisch schäumt in der Form auf und härtet zum Schaumstoff aus. Die fertigen Schaumstofformteile werden nach wenigen Minuten aus der Form entnommen. In den Beispielen 1 bis 24 werden Platten von 8 mm Dicke, in den Beispielen 25 bis 27 solche von 18 mm Dicke hergestellt, welche die in der nachfolgenden Tabelle beschriebenen physikalischen Eigenschaften besitzen. In der sich an die Beispiele anschließenden Tabelle Il sind die in den Beispielen verwirklichten kritischen Parameter zusammengestellt.

Die verwendeten RohstofTkomponenten sind folgendermaßen aufgebaut:

Komponente I
Komponente II
Komponente III
Komponente IV
Komponente V
Komponente VI
Komponente VII
Komponente VIII

Komponente IX
Komponente X
Komponente XI
Komponente XII
Komponente XIII

Komponente XIV
Komponente XV

Komponente XVI
Komponente XVII

Komponente
Komponente
Komponente
Komponente
Komponente
Komponente
Komponente
Komponente

XVIII

XIX

XX

XXI

XXII

xxm
xxrv
xxv

Komponente XXVI

Komponente XXVIi

Polyäther aus Trimethylolpropan und Propylenoxid, OH-Zahl 370. Polyäther aus Trimethylolpropan und Propylenoxid, OH-Zahl 550. Polyäther aus Trimethylolpropan und Propylenoxid, OH-Zahl 650. Polyäther aus Trimethylolpropan und Propylenoxid, OH-Zahl 750. Polyäther aus Glycerin und Propylenoxid, OH-Zahl 550. Polyäther aus Glycerin und Propylenoxid, OH-Zahl 670. Polyäther aus Glycerin und Propylenoxid, OH-Zahl 750. Polyäther aus einem Gemisch von Sorbit und Glycerin, umgesetzt

mit Propylenoxid, OH-Zahl 540.

Polyäther aus Saccharose und Propylenoxid, OH-Zahl 370. Polyäther aus Trimethylolpropan und Äthylenoxid, OH-Zahl 525. Polyäther aus Ammoniak und Propylenoxid, OH-Zahl 590. Polyäther aus Trimethylolpropan und Propylenoxid, OH-Zahl 42. Polyäther aus Trimethylolpropan und Hexantriol, umgesetzt mit

Propylenoxid und Äthylenoxid, OH-Zahl 37.

Polyester aus Adipinsäure und Diäthylenglykol, OH-Zahl 40.

Polyester aus Adipinsäure, Diäthylenglykol und Trimethylolpropan, OH-Zahl 60.

Polyester aus Adipinsäure, Phthalsäure, Ölsäure und Trimethylolpropan, OH-Zahl 380.

Polyester aus Adipinsäure, Phthalsäure, Ölsäure und propoxyliertem Trinielhyiuiprupaii, OH-Zahi 440.

Butandiol-1,4

Trimethylolpropan

Trichlormonofluormethan

N-Methyl-N'-(N,N-dimethylammoäthyl)-piperazin

Permethyliertes Diäthylentriamin

Polysiloxan-polyalkylenglykoläther-Copolymerisat

Reines Diphenylmethan-4,4'-düsocyanat (99_r5%ig)

Carbodiimid-modifiziertes Diphenylmethan-4,4'-diisocyanat (NCO-GehaIt31%)

Rohes Diphenylmethan-4,4'-diisocyanat (durch Anilin-Formaldehyd-Kondensation und anschließende Phosgenierung hergestellt) (NCO-Gehalt 31%)

Geschnittene Glasfaser von etwa 0,1 bis 0,3 mm Länge und etwa 7 μ Stärke

Os	Ul	-J Xn	Ul	IO	H-*	Nr.	XX	Raumgewicht kRm³
"Ul	Xn	I	7,5	J-I	-J U,		XXI	Biegefestigkeit b B kp cm²
I	I	2,0	I	I	I		XXII	Biegefestigkeit b_max kp cm²
	ο'ε	ο	ο'ε	ο'ε	ο'ε		XXIII	Durchbiegung bei Bruch mm
ο	ο	I	ο	1,0	ΟΊ	Komp Gewic	XXIV	Durchbiegung bei maximaler Biegespannung, mm
I	ι	181	I	ι	ι	onente titsteile	XXV	Wärmebiegefestigkeit ⁰C
H«t Os Η-»	132	ι	159	132	VO Ul		XXVI	Druckfestigkeit F\ kp cm²
I	ι	I	ι	ι	I		XXVIl	Durchbiegung im Druckversuch F\
I	ι	400	I	ι	I		Schlagzähigkeit cm kp cm²
H-* O	450	280	450	440	510	Irreversible Längenänderung nach 3 Stunden bei -40°C,%
εζ,ε	302	I	283	ι	ι	Irreversible Längenänderung nach 3 Stunden bei + 80°C,%
ι	I	9,0	ι	327	316
J» Η·*	Ul "ο	ι	H-* H-* "Vj	ι	ι
I	I	139	I	12,9	12,2
122	H-* O OS		H-*	VO 00	Os 00
6	ft	y "•—ι		Ui Ui	Ul OO
3,0	2,8	H-*	y *"as*	ε'ε	JUI H-*
	Os Ul	O	4,9		6,6
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Fortsetzung

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	χ	χ	7,5	-	χ	X	X	-	χ	χ	X	-	-	Γε ac .E?	estigkeit	estigkeit	bei Bn	bei ma ;, mm	ebiegefe:	122	I Druck kp cm	CJ	2,9	I Schlag I cm kp	Ξ	C
			10,0	-				-				-	-	555	I Biegef i kp cm	I Biegef I kp cm	biegung	biegung pannung	E	88	127		3,5	5,0	30	bo
		7,5	-			-			-	-	430	372	-	I Durch mm	I Durch I Bieges	86	44	ickven	3,2	2,6	3 \|*	3 (U ^o ■O 3~
Nr.		7,5	-		Komponente	-			-	-	490	221	-	11,6	-	106	67	im Dn	2,7	5,5	ngenan -40⁰C	ngenan + 80°C.
		10,0	-		Gewichtsleile	-			-	-	490	296	-	8,6	-	117	39	biegung	3,2	15,1	■sible La den bei	rsible La den bei
		12,0	-			-			-	-	470	-	339	9,4	-	84	30	SZ CJ 3	3,2	4,3	I Irrevei 3 Stun	Irrevei 3 Stun
7	7,5	-	1,0	ι,ο	-	163	-	-	490	321	-	-	12,9	113	27	3,3	5,9	0	0
8	10,0	-	2,0	ι,ο	-	157	-	-	460	368	-	8,3	-	109	25	3,6	10,1	0	0,1
9	7,5	-	3,0	ι,ο	-	86	-	-	510	353	-	14,4	-	113	57	3,9	17,1	0	ι,ο
10	7,5	-	1,3	ι,ο	-	125	-	-	440	500	-	10,4	-	64	46	3,1	14,0	0	2,2
11	7,5	-	ι,ο	ι,ο	-	122	-	-	490	490	-	14,0	-	84	76	6,4	11,5	0	0,3
12	10,0	-	0,5	ι,ο	-	93	-	-	460	452	-	11,6	-	123	44	3,7	21,0	0	0,1
13	10,0	-	2,0	ι,ο	-	118	-	-	730	-	256	16,0	-	64	274	2,5	11,7	0	3,2
14	10,0	-	3,5	ι,ο	-	137	150	-	510	427	-	-	13,6	111	59	3,2	6,2	0	0
15	10,0	-	3,5	ι,ο	142	137	-	-	530	354	-	12,2	-	102	29	3,4	8,5	0	0
16	10,0	-	3,5	ι,ο	-	137	93	-	490	-	317	9,5	-	110	39	2,8	8,5	0	0
17	10,0	-	2,0	ι,ο	88	97	-	-	450	282	-	-	II,⁷	116	41	3,1	4,5	0	1,6
18	3,0	-	ι,ο	ι,ο	-	93	-	-	480	300	-	7,3	-	192	23	-	6,1	0	0,3
19	3,0	-	0,5	ι,ο	-	93	-	10	510	371	-	11,0	-	202	25	-	8,6	0	0,1
20	3,0	-	2,6	1,0	-	90	-	20	430	370	-	11,3	-	>255	61	-	5,2	0	1,3
21	2,0	ι,ο	-		470	298	-	12,2	-		101		22,0	0	0
22	2,0	ι,ο	-		480	320	-	-	-		118		24,0	0	0
23	0,5	1,0	-			330	-	-	-			0	0,3
24	0,5	1,0	-					-	-			0	0,1
25	1,5	ι,ο	138									0	0
26	1,5	1,0	138						0	0
27	1,5	1,0	138				0	0

B e i s ρ i e 1 28
Vergleichsversuch

A. 100 Gewichtsteile der Komponente HI werden mit 1,1 Gewichtsteilen Komponente XXIII, 1,1 Gewichtsteiien Komponente XXH, 160 Gewichisieilen Komponente XXV und mit 0,6 Gewichtsteilen eines 50% Wasser enthaltenden Natrium-Rizinusölsulfats intensiv vermischt Das schäumfähige Gemisch wird in ein plattenförmiges, metallisches Werkzeug (200 χ 200 χ 18 mm) ausgegossen, das vermittels einer Presse zugehalten wird. In diesem reagiert das Material in kurzer Zeit unter CO2-Entwicklung zu einer harten Schaumstoffplatte aus, deren mittleres Raumgewicht 510 kg/m³ beträgt und die keine glatte, einheitliche Oberfläche aufweist Man bestimmt das Raumgewicht der Platte in definierten Abständen von der Oberfläche und trägt die erhaltenen Werte graphisch über der Plattendicke auf. Auf diese Weise erhält man die Kurve A der F i g. 1. Sie zeigt, daß bei diesem COj-getriebenen Schaumstoff die Dichte nahezu Ober den gesamten Formteilquerschnitt hinweg homogen und konstant ist und daß nur in sehr eng begrenzten Randzonenbereichen ein fast übergangsloser Raumgewichtsanstieg erfolgt

B. 100 Gewichtsteile der Komponente III werden mit 1,1 Gewichtsteilen Komponente XXIII, 1,1 Gewichtsteilen Komponente XXII, 154 Gewichtsteilen Komponente XXV sowie mit 7,5 Gewichtsteilen Komponente XX intensiv vernuschu Das schäurnfähige Gemisch wird ίπ ein plattenförmiges, metallisches Werkzeug (200 χ 200 χ 18 mm) ausgegossen, das vermittels einer Presse zusammengehalten wird. In der Form reagiert das Material in kurzer Zeit zu einer harten Schaumstoffplatte aus, deren mittleres Raumgewicht 495 kg/m³ beträgt und die eine sehr glatte, feste und dichte, an allen Stellen fehlerfreie ausgebildete Oberfläche aufweist Man bestimmt das Raumgewicht der Platte in definierten Abständen von der Oberfläche und trägt die erhaltenen Werte graphisch über der Plattendicke auf. Auf diese Weise erhält man die Kurve B der F i g. 1. Sie zeigt, daß bei diesem mit Trichlormonofluorm-.than getriebenen Schaumstoff die Dichte von den Oberflächen zur Mitte des Formieilquerschnitts hin differentiell und nicht sprunghaft abnimmt und etwa in der Mitte des Formteilquerschnitts ein Minimum erreicht Obwohl das

durchschnittliche Raumgewicht der Platte B dem der Platte A praktisch gleicht, liegt im Fall B eine völlig andere Raumgewichtsverteilung vor, die zu einer erwünschten Verbesserung der Festigkeit des gesamten Formteils führt

B e i s ρ i e I 29

A. 210 Gewichtsteile Komponente 111 werden mit 10,0 Gewichtsteilen Komponente XX, mit 8,0 Gewichtsteilen Komponente XXII, mii 2,0 Gewichtsteilen ι ο Komponente XXIII und mit 320 Gewichtsteilen Komponente XXV intensiv vermischt. Das schäumfähige Gemisch wird in eine zylindrische Stahlform von 60 mm Durchmesser und 100 mm Höhe eingegossen und die Form danach verschlossen. Das Material schäumt auf und liefert einen zylindrischen harten Schaumstoffkörper mit einem Gesamtraumgewicht von 505 kg/m³. Ein nach der gleichen Rezeptur hergestellter, frei geschäumter, d. h. nicht verdichteter Schaumstoff, besitzt ein Raumgewicht von 195 kg/m³. Mithin wurde 2« bei der Herstellung des zylindrischen Formkörpers ein Verdichtungsgrad 2,6 angewendet

Aus dem zylindrischen Formkörper werden, ausgehend vom Rande und längs dem Durchmesser zur Mitte hin fortschreitend Proben entnommen und deren Raumgewicht bestimmt. Die erhaltenen Werte werden über dem Zylinderdurchmesser graphisch aufgetragen. Auf diese Weise erhält man die Kurve A der F i g. 2. Man erkennt daraus, daß die Dichte des Formteils vom Rande her differentiell und nicht sprunghaft abnimmt und ein Minimum in der Formteilmitte aufweist. Der durch Kurve A der F i g. 2 wiedergegebene Dichteverlauf entspricht mithin völlig demjenigen, der für die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Formteile charakteristisch ist.

B. 210 Gewichtsteile Komponente III werden mit 40,0 Gewichtsteilen Komponente XX, mit 8,0 Gewichtsteilen Komponente XXH, mit 2,0 Gewichtsteilen Komponente XIII und mit 320 Gewichtsteilen Komponente XXV intensiv vermischt Das schäumfähige Gemisch wird in eine zylindrische Stahlform von 60 mm Durchmesser und 100 mm Höhe eingegossen und die Form danach verschlossen. Das Material schäumt auf und liefert einen zylindrischen harten Schaumstoffkörper mit einem Gesamtraumgewicht von 505 kg/m³. Ein nach der gleichen Rezeptur hergestellter frei geschäumter, d. h. nicht verdichteter Schaumstoff besitzt ein Raumgewicht von 50 kg/m³. Mithin wurde bei der Herstellung des zylindrischen Formkörpers ein Verdichtungsgrad 10,1 angewendet

Aus dem zylindrischen Formkörper werden, ausgehend vom Rand und längs dem Durchmesser zur Mitte hin fortschreitend Proben entnommen und deren Raumgewicht bestimmt Die erhaltenen Werte werden über dem Zylinderdurchmesser graphisch aufgetragen. Auf diese Weise erhält man die Kurve ßder F i g. 2. Man erkennt daraus, daß die Dichte im Inneren des Formteils nahezu über den gesamten Durchmesser hinweg konstant bleibt. Erst in unmittelbarer Nähe der Oberfläche erfc'gt sprunghaft und ohne erkennbaren Übergang ein Anstieg des Raumgewichts (Formteilhaut). Obwohl die Formteile A und B nach nahezu gleichen Rezepturen hergestellt wurden und obwohl beide exakt das gleiche Gesamtraumgewicht aufweisen, zeigt nur das unter 2,5facher Verdichtung geschäumte Teil A die wünschenswerte, für die erfindungsgemäß hergestellten Formteile charakteristische Dichteverteilung. Das unter 10,1 fächer Verdichtung hergestellte Formteil B besitzt hingegen nur eine sehr dünne Haut ohne festigkeitssteigernde Wirkung.

Tabelle II	Dichte	Dichte	Summe aus	Produkt aus	Oberflächen-	Maximale
Beispiel	unverdichtet	verdichtet	Dichte (g/cm³)	Dichte (g/cm³)	temperatur	Reaktions-
	g/cm³	g/cm³	unverdichtet	unverdichtet	der Form	lemperatur
			und Verdich	und Verdich	⁰C	⁰C
			tungsgrad	tungsgrad
	0,111	0,510	4,7	0,51	60	150
1	0,107	0,440	4,2	0,44	60	170
2	0,151	0,450	3,1	0,45	60	174
3	0,173	0,400	2,5	0,40	60	185
4	0,095	0,450	4,8	0,45	60	175
5	0,089	0,410	4,7	0,41	60	178
6	0,250	0,555	2,5	0,56	60	172
7	0,105	0,430	4,2	0,43	60	180
8	0,091	0,490	5,5	0,49	60	148
9	0,093	0,490	5,4	0,49	60	170
10	0,120	0,470	4,0	0,47	60	170
11	0,100	0,490	5,0	0,49	60	148
12	0,085	0,460	5,5	0,46	60	150
13	0,130	0,510	4,1	0,51	60	173
14	0,095	0,440	4,7	0,44	60	171
15	0,132	0,490	3,8	0,49	60	173
16	0,090	0,460	5,2	0,46	60	151
17	0,107	0,730	6,9	0,73	60	149
18	0,086	0,510 .	6,0	0,51	60	150
19

	15	Dichte	1	Dichte	Hierzu	6 94 138	Produkt aus	16	Maximale
		unverdichtet		verdichtet		Dichte (g/cm³)		Reaktions-
Fortsetzung	g/cm³		g/cm³		unverdichtet	Oberflächen	lemperatur
Beispiel			Summe aus	und Verdich	temperatur	⁰C
			Dichte (g/cm³)	tungsgrad	der Form
	0,095	0,530	unverdichtet	0,53	⁰C	150
	0,092	0,490	und Verdich	0,49		169
	0,093	0,450	tungsgrad	0,45	60	162
20	0,098	0,480	5,7	0,48	60	148
21	0,099	0,510	5,4	0,51	60	132
22	0,299	0,430	4,9	0,43	60	182
23	0,180	0,470	5,0	0,47	60	177
24	0,180	0,480	5,3	0,48	60	170
25	0,150	0,495	1,7	0,50	60	175
26	0,195	0,505	2,8	0,51	60	179
27		2,8	2 Blatt Zeichnungen	60
28b	3,5		60
29a	2,8

Claims

Paientanspruch:

Verfahren zur Herstellung von harten Schaumstoff-Formteilen mit einer dichten Außenhaut, die nicht sprunghaft in den Schaumstoffkern übergeht und einem Schaumstoffkern mit differentiell abnehmender Dichte, deren Minimum etwa in der Mitte des Formteilquerschnitts liegt, indem man ein zum Schaumstoff führendes Reaktionsgemisch aus