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Verfahren zum Herstellen von Formkörpern Die Erfindung betrifft die
Herstellung von Formkbrpern aus geschäumten Styrolpolymerisaten.
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Nach einem Verfahren, das sich in der Technik besonders gut eingeführt
hat, stellt man Formkörper aus geschäumten Styrolnolymerisaten durch Expandieren
blähfähiger Polystyrolteilchen her.
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Bei diesem Verfahren werden feinteilige, treibmittelhaltige Styrolpolymerisate
zunächst mit Wasserdampf oder heißen Gasen auf Temperaturen oberhalb ihres Erweichungspunktes
erhitzt, so daß sie zu einem losen Haufwerk alMEchRumen. Dieser Arbeitsgang wird
als Vorschäumen bezeichnet.
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Vor der Weiterverarbeitung werden die vorgeschäumten Polystyrolteilchen
an der Luft gelagert, so daß diese in die Hohlräume eindiffundieren kann.
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Beim anschließenden Aus schäumen werden die Teilchen in nicht gasdicht
schließende perforierte Formen gefüllt und durch erneutes Erhitzen mit Heißdampf
weiter aufgeschäumt, so daß sie zu einem
Formkörper versintern,
der in den Dimensionen dem Innenraum der verwendeten Form entspricht.
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Im Innern der Formkörper baut sich dabei ein starker Überdruck auf,
da die Poren mit Wasserdampf, gasförmigom Treibmittel und heißer Luft gefüllt sind.
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Nach dem Aussehäumen läßt man den Formkörper in der Form auf Temperaturen
unterhalb des Erweichungspunktes von Polystyrol abkühlen.
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Dabei findet gleichzeitig ein Druckabbau statt. Die Abnahme des Druckes
im Innern der porösen Formkörper kann mit Hilfe einer Drucksonde, die in das Innere
des Formblockes geführt ist, über ein Manometer bsobachtet werden.
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Der Formkörper kann erst dann aus der Form entnommen werden, wenn
seine äußeren Zonen erstarrt sind und wenn der Druck im Innern vollkommen abgebaut
ist. Nimmt man den Formkörper zu früh aus der Form, so kann er unter dem im Innern
herrschenden Druck weiter expandieren und aufreißen oder sich zumindest verformen.
Wegen der ungünstigen Wärmeleitfähigkeit der porösen Formkörper und weil der entstandene
Schaumstoff ziemlich dicht verschweißt ist, muß man mit Kühl- und Druckabbauzeiten
bis zu mehreren Stunden rechnen.
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Es ist nun bekannt, daß man die KUhlzeit etwas herabsetzen kann, wenn
man die Form von außen mit Kühlwasser berieselt. Bei Formkörpern mit niedrigem Raumgewicht
besteht dabei jedoch die aefahr, daß die Foriakörperflächen sich nach innen einwölben.
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Aus der US-Patentschrirt 3 015 851 ist ferner bekannt, daß der Druckabbau
im Formteilinnern dadurch beschleunigt werden kann, daß an die Außenwände der Formen
Vakuum angelegt wird. In vielen Fällen, insbesondere dann, wenn das Gefüge des Schaumstoffes
sehr dicht ist, muß man trotzdem lange Standzeiten der Formen in Kauf nehmen.
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Der Erfindung lag also die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu finden,
nach dem sich die Knhl- und Druckabbauzeit der ausgeschäumen Formkörper verkürzen
läßt, ohne daß die Formkörper nach Herausnehmen aus den Formen sich verziehen oder
verformen.
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Es wurde nun gefunden, daß vergleichsweise kurze Kühl- bzw. Druckabbauzeiten
beobachtet werden, wenn nach Beendigung des Ausschäumen vorganges unter Überdruck
stehende Gase durch gelochte Hohlkörper in das Innere des geschäumten Formkörpers
eingepreßt werden. Eine besonders günstige Ausführungsform der Erfindung besteht
darin, daß das Innere des Formkörpers abwechselnd mit unter Überdruck stehenden
Gasen und Vakuum behandelt wird.
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Die nach Anwendung dieses Verfahrens der Form entnommenen Formkörper
blühen genauso wenig nach, wie wenn die längeren Standzeiten des bisher üblichen
Verfahrens abgewartet worden wären. Im Gegensatz zu den gängigen Kühlverfahren wird
bei allen vorgegebenen Rautgewichten das Auftreten von Raumgewichtsverschiebungen
innerhalb des Formteils weitgehend verhindert. Aut diese Weise erhält man eine gleichmäßigeRaumgewichtsverteilung
und kann das
Auftreten innerer Spannungen vermeiden.
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Es tritt keine Einwölbung der Formkörperflächen auf; die Formkörper
verziehen sich beim Ablagern nicht.
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Bei der herkömmlichen Methode können die Formkörper erst dann aus
den Formen herausgenommen werden, wenn der Druck, der sich im Innern des Schaumstoffes
aufgebaut hat, auf nahezu den Druck der Umgebung abgebaut ist. Es war daher überraschend,
daß durch Einpressen von unter Überdruck stehenden Gasen in das Innere des Schaumstoffs
eine Beschleunigung des Druckabbaus bewirkt wird.
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Es war ferner bekannt, daß die Raumgewichtsverteilung im Innern eines
Schaumstoff-Formkörpers um so ungleichmäßiger ist, je höher der Druck im Innern
des Schaumstoffes bei oder kurz nach der Wärmeeinwirkung ist. Daher wäre keinesfalls
zu erwarten gewesen, daß bei Anwendung von Gasdruck im Innern der Schaumstoffe die
Raumgewichtsverteilung am fertigen Formkörper wesentlich weniger stark ausgeprägt
ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist anwendbar für die Verarbeitung
von blähfähigen Styrolpolymerisaten: (die ihrerseits nach den üblichen Methoden
hergestellt wurden, beispielsweise durch Suspensionspolymerisation von Styrol in
Gegenwart von Pentan als Treibmittel und Peroxid-Katalysatoren).
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Das Ausschäumen wird in den üblichen perforierten Formen vorgenommen.
Die
vorgeschäumten Polystyrolteilchen werden eingefüllt, die Form wird verschlossen
und mit Wasserdampf, heißen Gasen oder heißem Wasser erwärmt. Dabei werden die Teilchen
weiter aufgeschäumt und versintern miteinander zu einem kompakten Formkörper.
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Das erfindungsgemäße Einpressen von unter Uberdruck stehenden Gasen
erfolgt nach Abschluß des Bedampfungsvorgangs, zweckm§ßigerweise mit Hilfe einer
oder mehrerer Sonden in Form langer, perforierter Rohre von geringem Durchmesser,
die bereits vor Einfüllen der vorgeschäumten Polystyrolteilchen in die Form eingebracht
worden sind.
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Das Verfahren der Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsform
beschränkt; die Gase könren genauso gut durch Hohlnadeln oder andere gelochte Hohlkörper
eingepreßt werden. Man kann diese Hohlkörper auch während des Ausschäumvorgangs
oder erst nach beendetem Ausschäumvorgang in den Formkörper einführen.
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Man preßt zweckmäßigerweise Luft in die Formkörper ein; es ist jedochpnnzipiell
auch möglich, andere Gase, beispielsweise Stickstoff oder Helium, zu verwenden.
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Eine besondere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß man
abwechselnd unter Überdruck stehende Gase in das Innere des Formkörpers einpreßt
und durch Anlegen von Vakuum wieder abzieht.
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Man wendet vorzugsweise überdrücke von 1 bis 4 atü und Unterdrücke
von
20 bis 100 mm Quecksilbersäule an.
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Beispiel 1 a) In eine doppelwandige Schäumform mit den Innenmaßen
200 x 100 x 50 cm, wie man sie Ublicherweise zum Ausschäumen von vorgeschäumtem,
blähfähigen Polystyrol benutzt, wird durch die Mitte einer Stirnwand ein parallel
zu den größten Flächen der Form verlaufendes, 2 m langes, auf der gesamten Länge
i Abstand von 3 cm mit Löchern von 1 mm Durchmesser versehenes Rohr von 0,5 cm Außendurchmesser
eingebracht. Durch zwei getrennte Anschltsse außerhalb der Formwandung wird dafür
Sorge getragen, daß die beschriebene Sonde sowohl an Druckluft- als auch an eine
Vakuumleitung angeschlossen werden kann.
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1 m3 vorgeschäumte, zwischengelagerte, blähfähige Polystyrolperlen
mit mittlerem Teilchendurchmesser von 5 mm und einem Schüttgewicht von 13 g/l werden
in der oben beschriebenen, vorgeheizten, geschlossenen Schäumform mit Wasserdampf
bei einem Dampfdruck von 0,8 atü 20 Sekunden lang erhitzt. Damit die Teilchen vollständig
verschweißen können, wird eine Standzeit von 2 Minuten abgewartet.
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Dann wird in das Innere des Schaumstoffs über die Sonde 10 Sekunden
lang Druckluft von 3 atü eingepreßt und anschließend 30 Sekunden lang ein Vakuum
von 50 mm Quecksilbersäule angelegt. Bis zum erneuten Anlegen des Überdrucks werden
10 Sekunden
Standzeit abgewartet. Diese drei Schritte werden in
der beschriebenen Reihenfolge so lange wiederholt, bis der Innendruck des Blockes,
während der Standzeit gemessen, auf Atmosphärendruck abgesunken ist. Im vorliegenden
Fall beträgt die Druckabbauzeit 16 Minuten. Der entstandene Schaumstoffblock hat
eine Raumgewichtsverteilung, die zwischen 12, 4 und 12,8 g/l schwankt. b) Wird bei
dem Druckabbauvorgang nur mit Druckluft gearbeitet -in der Reihenfolge: 40 Sekunden
lang Druckluft von 3 atü, 10 Sekunden lang Standzeit ohne Einpressen von Druckluft
- so beträgt die Druckabbauzeit 20 Minuten. c) Wird nach demselben Verfahren, aber
ohne Anwendung der erfindungsgeinäßen Sonde, ausgeschäumt, so beträgt die Druckabbauzeit
64 Minuten. Der entstandene Schaumstoffblock hat eine Raumgewichtsverteilung zwischen
11,4 und 12,9 g/l. d) Wird die gesamte Form nach dem Ausschäumen in einem geschlossenen
Gefäß mit einem Unterdruck von 50 mm QuecksilbersSule evakuiert, so dauert es 34
Minuten, bis der Druck im Innern des Schaumstoffblocks auf Atmosphärendruck abgebaut
ist.
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Beispiel 2 a) Es wird nach derselben Methode wie in Beispiel 1 gearbeitet
mit dem einzigen Unterschied, daß Schaumpolystyrolteilchen mit
mittlerem
Teilchendurchmesser von 4 mm und einem Schüttgewicht von 35 g/l eingefüllt werden.
Der Cyclus ist wieder: 10 Sekunden Druckluft, 30 Sekunden Vakuum, 10 Sekunden Standzeit.
Die Druckabbauzeit beträgt 82 Minuten, die Raumgewichtsverteilung liegt zwischen
30 und 38 g/l. b) Ohne Anwendung der Sonde beträgt die Druckabbauzeit 215 Minuten;
die Raumgewichtsverteilung liegt zwischen 28 und 46 g/l.
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Beispiel 3 In eine 200 x 100 x 50 cm große Metallform, bei der nur
die zwei größten Flächen mit Dampfkammern ausgerüstet sind, werden vorgeschäumte
Polystyrolteilchen mit einem mittleren Durchmesser von 5 mm und einem Schüttgewicht
von 13 g/l eingefüllt. Nach dem Schließen der Form wird 20 Sekunden lang mit Wasserdampf
vom Druck 0,8 atü beheizt. Nach Abschluß des Bedampfens werden durch die 200 x 50
cm große, gelochte Formfläche zehn 40 cm lange, 0,2 cm starke, alle 2 cm gelochte,
spitze Metallsonden in den Schaumstoff eingebracht. Über die Sonden werden wechselweise
10 Sekunden lang Druckluft von 3 atü eingepreßt und 30 Sekunden lang Vakuum von
50 mm Quecksilbersäule angelegt.
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Die Druckabbauzeiten sind dabei gegenüber dem gängigen Verfahren um
75 % erniedrigt.