DE2012992B2 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines füllstoffhaltigen Schaumstoffs - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines füllstoffhaltigen SchaumstoffsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines füllstoffhaltigen Schaumstoffes nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Es soll die Herstellung von als Baumaterialien dienenden Gegenständen aus relativ grobkörnigen
Füllstoffen oder Zuschlagstoffen, in denen die Füll- oder Zuschlagstoffe mit Hilfe eines Polyurethanschaumstoffs
gebunden sind, ermöglicht werden.
Es ist bekannt, in Polyurethanschaumstoffe aus verschiedenen Gründen, wie zur Erhöhung der Festigkeit oder der Feuerbeständigkeit oder zur Verringerung
der Einstandskosten verschiedene Füllstoffe einzuarbeiten. Abgesehen von diesen körnigen Füllstoffen in
Kunststoffen sind auch faserverstärkte Kunststoffe, die gegebenenfalls expandiert oder geschäumt sein können,
bekannt. Nach der US-PS 29 81 308 wird ein faseriges Verstärkungsmaterial in Form einer Dispersion in
Preßluft und eine Dispersion eines Kunststoffs in Preßluft in der Art eines Venturi-Mischers vereinigt und
mit Hilfe der sich entspannenden Druckluft in eine Form geschleudert Dieses Einblasen der Masse in die Form
erfolgte in der Art einer Spritzpistole. Aufgabe dieses bekannten Verfahrens ist die Verbesserung der
gleichmäßigen Verteilung der Fasern innerhalb des Kunststoffs, um lokale Heterogenitäten in den mechanischen Eigenschaften der Fertigprodukts zu vermeiden.
Aus der US-PS 30 25 202 ist die Herstellung eines faserverstärkten Schaumstoffs bekannt, wobei ein
ίο freifallendes Volumen von Glasstapelfasern mit einer
Schäummasse besprüht und das Gemisch auf ein Förderband zu einem Filz abgelagert wird. Dieser Filz
wird verdichtet und dann der Kunststoff gehärtet. Als Kunststoff dienen expandierbare Polysiyrolperlen,
Ii Polyurethan, thermoplastische oder wärmehärtbare,
organische oder anorganische, natürliche oder synthetische Stoffe. Es besteht die Gefahr, daß es zu einem
Zusammenballen der Fasern während des Mischvorgangs kommt. Nachteilig an diesem Verfahren ist der
ungebührliche Viskositätsanstieg bei der Einarbeitung des Fasermatcrials in die verschäurnbare Masse, womit
der Faserstoffgehalt der Masse begrenzt wird.
Aus der US-PS 30 50 427 ist ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Schaumkörpers
bekannt, bei dem in frei fallende Faserklumpen ein
schäumbares Material, z. B. Polyurethan eingedüst wird. Gleichzeitig können kleine Metall- und Glasteilchen
zugesetzt werden.
Füllstoffe enthaltenden Polyurethanschaumstoffen bekannt, indem man zunächst eine Schicht von Füllstoff in
eine Form einbringt, die etwa 40 bis 50% des Formvolumens ausmacht. Auf diese Schicht wird dann
ein fließfähiges Gemisch gegossen, das einen Polyure
thanschaumstoff zu bilden vermag, woraufhin die Form
geschlossen, das fließfähige Gemisch aufgeschäumt und gehärtet wird. Bei dem fließfähigen Gemisch handelt es
sich um die schäumende Masse, in der die Polyurethan-Reaktion bereits eingesetzt hat. Der verfestigte und
damit dimensionsstabile Schaum wird dann entformt. Es zeigte sich jedoch, daß dieses Verfahren zu schlechten
Ergebnissen führt, und zwar in erster Linie deswegen, weil die Zwischenräume zwischen den Füllstoffteilchen
unvollkommen mit fließfähigem Gemisch gefüllt wor
den waren, was auf Lufteinschluß und einen langen und
uneinheitlichen Fließweg des Gemisches über die Füllstoffteilchen und den hohen Fließwiderstand an der
im allgemeinen rauhen Oberfläche des Füllstoffs zurückzuführen ist. Außerdem ist dieses bekannte
Verfahren ein zweistufiges und gestattet keine Großproduktion mit hoher Leistung.
Schließlich ist es aus »Kunststoff-Handbuch«, Band VFI, Polyurethane, Hanser-Verlag München 1966, Seite
605/606 bekannt, eine zu einem Polyurethan reagieren
de schäumende Masse mit einem körnigen Füllstoff
unter Verwendung eines Gasstroms im freien Raum
miteinander zu vermischen und dann wie üblich zu
einem Polyurethan-Schaumstoff zu formen.
langsam reagierendes Gemisch der Komponenten Polyol, Polyisocyanat, Katalysator und Treibmittel
verwendet wird, damit man entsprechende Zeit zum Füllen und Schließen der Formen hat, wirkt sich die
Abgabe der Reaktionswärme aus der Polyurethan-Re
aktion an die Füllstoffteilchen auf einen beträchtlichen
Rückgang der Expansionsfähigkeit des Gemischs aus, was seinerseits wieder zu hohen Schaumstoffdichten
und einem unvollständigen Füllen der Zwischenräume
zwischen den Teilchen führt. Wendet man zur Vermeidung dieses Nachteils ein schnell reagierendes
Gemisch an, so reicht die zur Verfügung stehende Zeit nicht mehr für ein einheitliches Benetzen der Füllstoffteilchen
aus, da das schäumende Gemisch eine zu geringe Fließgeschwindigkeit über und entlang der
Füllstoffiz'lchen besitzt
Aufgabe der Erfindung ist nun die Herstellung von Baumaterialier., deren relativ grobkörnige Füllstoffe
oder Zuschlagstoffe mit Hilfe eines Polyurethanschaum-Stoffs gebunden sind, wobei im Rahmen der Herstellung
solche Bedingungen geschaffen sind, daß eine einwandfreie
Benetzung der FüHstolfteilchen mit der schäumenden Masse gewährleistet ist, wodurch entsprechende
Raumgewichte der Baustoffe bei optimaler Homogenitat erreicht werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Gemisch in einen Trägergasstrom eingespritzt
und dieser sodann mit den freifallenden Füllstoffteilchen, die eine Korngröße δ 3 mm aufweisen, vereinigt
wird. Es ist besonders günstig, wenn das Gemisch irn
Trägergasstrom in einem senkrechten Windel auf den Füllstoffstrom gerichtet wird. Besonders gute Benetzung
erhält man, wenn der Strom der Füllstoffteilchen zylindermantelförmig ist.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung obigen Verfahrens aus einem vertikal
angeordneten rohrförmigen Körper zur Aufnahme der Füllstoffe, einer in das Rohr unterhalb der Stelle, an der
sich der Füllstoffstrom bildet, einmündenden Zuleitung jo für ein komprimiertes Trägergas und einer Zuleitung für
das mit dem Füllstoff in Berührung zu bringende verschäumbare Gemisch. Sie ist dadurch gekennzeichnet,
daß die Zuleitung für das Gemisch in die Gaszuleitung mündet, und daß die Einmündung der J5
Gaszuleitung in das Füllstoffrohr derart ausgestaltet ist, daß gegen den von oben nach unten hindurchfallenden
Füllstoffstrom ein mit dem Gemisch beladener Gasstrom gerichtet werden kann.
Der Träg^rgasstrom dient auch zur Beschleunigung <to
des Gemischs aus den Polyurethan bildenden Komponenten. Das Gemisch wird als kompakter Strahl
eingespritzt und vom Trägergasstrom fein zerteilt. Diese feine Dispersion des Gemischs in dem Trägergasstrom
gewährleistet eine sichere Benetzung aller Füllstoffteilchen. Dies wird auch unterstützt durch die in
der Reaktionszone von dem Luftstrom hoher Geschwindigkeit hervorgerufenen Turbulenz. In dieser
Hinsicht ist auch die Einführung des das Gemisch enthaltenden Trägergas.»troms im rechten Winkel zu so
den fallenden Füllstoffteilchen besonders zweckmäßig. Zur Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des
Trägergases kann diese vor Eintritt des Polyurethan-Gemisches eine Stauscheibe oder eine Venturi-Düse
durchströmen. Durch diese Einschnürung der Strömung kommt es an dieser Stelle zu einem Druckabfall (der
Druck kann bis unter Atmosphärendruck fallen), wodurch der Austritt des Gemisches in den Trägergasstrom
sozusagen durch Ansaugen begünstigt wird. Dies kann von besonderer Bedeutung sein, wenn sich am m>
Umfang der freifallenden Füllstoffteilchen mehrere Zuleitungen für Preßluft mit Polyurethan-Gemisch
befinden, insbesondere dann, wenn diese Zuleitungen aus einem einzigen Vorratsbehälter für Polyurethan-Gemisch
in größerer Entfernung gespeist werden und man das Einführen des Trägergasstroms in verschiedenen
Winkeln gegen de ι Strom der Fülistoffteilchen wünscht.
Die Austrittsöffnungen für den Trägergasstrom bzw, die Mittel zur Einschnürung der Strömung des
Trägergases können rund oder von beliebiger Gestalt sein, wie schlitzförmig.
Als Füllstoff kommt gesinterter poröser oder expandierter Ton, Vermiculit oder Glas infrage, aber
auch andere Produkte wie Sand, zerkleinerte cellulosehaltige Stoffe wie Holzspäne oder Häcksel, wovon
jedoch Ton, Glas und Vermiculit bevorzugt werden. In den fertigen Baustoffen soll der Anteil an Füllstoffen
zwischen 15 und 80 Vol-% liegen, wobei man 40 bis 60%
bevorzugt
Das Polyurethan-Gemisch soll, wenn es mit den Füllstoffen in Berührung kommt oder vorzugsweise,
wenn es in den Trägergasstrom eingeführt wird, bereits beginnen aufzuschäumen.
Die Erfindung wird anhand de; Zeichnung weiter erläutert
Der Füllstoff befindet sich in einem Vorratsbehälter
mit Trichter 11 und gelangt -on diesem durch entsprechende Betätigung des Schiebers J3 in das
vertikale Rohr 12, in welchem sich unten eine Leitvorrichtung 14 befindet. In der Mitte des Rohres 12
etwas unterhalb der Leitvorrichtung 14 ist ein Konus 21 angeordnet, so daß zwischen 14 und 21 ein ringförmiger
Auslaß 15 für die Füllstoffteilchen gebildet wird. Die Leitvorrichtung 14 ist auswechselbar, womit Größe und
Form des Auslasses beliebig eingestellt werden kann. Unterhalb der Bauteile 12, 14 und 21 befindet sich das
Rohr 16 und etwas unter dem Auslaß 15 zwischen Rohr 12 und 16 zwei Zuleitungen 17 für Preßluft, die sich
diametral gegenüberstehen und rechtwinklig in das Rohr 16 einmünden. Selbstverständlich können anstelle
dieser zwei Luftleitungen auch mehrere in gleichem Abstand um den Umfang des Füllstoffrohres 16 auf
gleicher Höhe angeordnet sein. Die Zuleitung 18 für das Polyurethan-Gemisch mündet im rechten Winkel in die
Gaszuleitung 17, welcher aus einem gemeinsamen Vorratsbehälter für die einzelnen Gaszuleitungen und
Gemischzuleitungen die verschäumbare Mischung zuge'jhrt
wird (22, 19). In der (den) Gasleitung(en) 17 befinden sich in unmittelbarer Nähe von der Finmündung
der Zuleitung(en) 18 Stauscheiben 20.
Wie oben bereits erwähnt, wird der Füllstoff in das Vorratsgefäß 11 eingeführt und durch Betätigung des
Schiebers 13 dessen freier Fall durch das Rohr 12 und den Auslaß 15 freigegeben. Innerhalb des Füllstoffrohrs
16 trifft somit senkrecht auf den zylindermantelförmigen Füllstoffstrom der das verschäumbare Gemisch
enthaltende Luftstrom auf. Es ist zweckmäßig, solche Bedingungen einzuhalten, daß das Gemisch bei Eintritt
in den Luftstrom bereits zu schäumen beginnt. Der Luftstrahl zerreißt den Strom des schäumenden
Gemischs in feine Teilchen, welche mit hoher Geschwindigkeit 8'if die herunterfallenden Fülistoifteilchen
auftreffen und diese damit rundum benetzen. Die so mit schäumendem Gemisch überzogenen Füllstoffteilchen
können nun in eine Form gefüllt werden, in de: in üblicher Weise das Aufschäumen und Erhärten des
Schaums stattfindet. Der fertige Schaumstoff, z. B. eine Bauplatte, wird dann ernfurmt. Soll eine Isolntion auf
Rohren aufgebracht werden, so wird das sntsprechende Rohrstück vertikal und konzentrisch innerhalb eines
weiteren und von außen abgestutzten Rohres angeordnet. Die mit schämendem Gemisch überzogenen
Füllstoffteilchen gelangen dann über einen entsprechenden Verteilerkonus in den Ringraum zwischen dem zu
beschichtenden Rohr und der Umhüllung entsnrrrhenri
obiger Form für die Herstellung von z. B. plattenförmigen Gegenständen. Die Umhüllung kann in diesem Fall
aus einer Metallfolie oder Papier bestehen und verbleibt gegebenenfalls auf dem in dieser Weise isolierten
Rohrstück.
Die Strömungsverengung — wie Stauscheibe 20 — erzeugt dahinter, also an der Einmündung der Zuleitung
18, einen Unterdruck, wodurch das verschäumbar Gemisch angesaugt wird. Der sich dann hinter der Düse
erweiternde Luftstrom sorgt für eine gute Verteilung des Gemischs in der Luft als Trägergasstrom. Durch die
hohe Geschwindigkeit des Stroms und die feine Verteilung der Gemischtröpfchen werden die Füllstoffteilchen gut und gleichmäßig benetzt und durchmischt,
was insbesondere für die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem rohrförmigen
Strom der Füllstoffteilchen gilt.
u c ι a μ ι c ι
Bei diesem Beispiel wurde eine Vorrichtung entsprechend der Zeichnung angewandt.
Lichte Weite des Füllstoffrohrs 150 mm, der Gaszuleitung 17 20 mm, der Zuleitung 18 6 mm, Breite des
Auslasses 15 100 mm, maximaler Durchmesser des Konus 21 50 mm, öffnung in der Stauscheibe 20 0
20 mm, in Richtung der Achse 2 mm lang.
Um das Füllstoffrohr 16 befanden sich 8 Gaszuleitungen mit jeweils einer Gemisch-Zuleitung.
Als Füllstoff diente ein expandierter Ton, Körnung 3
bis 10 mm, Schüttgewicht etwa 420 kg/m3. Über die
Gaszuleitungen wurde Preßluft mit einem Druck von 6 bar zugeführt. Über die Zuleitungen 18 wurde
verschäumbares Gemisch in einer Menge von insgesamt 13 kg/min bei einer Füllstoffmenge im Auslaß 15 von
ίο 60 kg/min zugeführt. Das verschäumbare Gemisch
bestand aus einem Polyol, einem Diisoeyanat und Trichlormonofluormethan als Treibmittel. Der mit
schäumendem Gemisch überzogene Füllstoff wurde in eine Form gefüllt und diese dann verschlossen, so daß
das Gemisch aufschäumen und härten konnte. Der erhaltene Formkörper besaß ein Raumgewicht von
320 kg/m1, wobei die mittlere Dichte des Schaumstoffs selbst 120 kg/m3 hatte.
159 N/cm2, einen Biegemodul von 5780 N/cm2, für eine
14,2 bar und für eine 25°/oige Kompression von 20,2 bar.
keine Lufteinschlüsse vorlagen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnun >
Claims (5)
1. Verfahren zum Herstellen eines füllstoffhaliigen
Schaumstoffs, wobei körnige Füllstoffteilchen im freien Raum mit einem zu Polyurethanschaumstoff
verschäumbaren Gemisch unter Anwendung eines Gasstroms beaufschlagt werden, in dem das zu
Polyurethanschaumstoff verschäumbare Gemisch unter einem bestimmten Winkel mit dem Strom der
Füllstoffteilchen zusammentrifft, worauf das Gemisch verschäumt und der Schaum ausgehärtet wird,
dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch in einen Trägergasstrom eingespritzt und
dieser sodann mit den freifallenden Füllstoffteilchen, die eine Korngröße £ 3 mm aufweisen, vereinigt
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Strom der Füllstoffteilchen
zylindermantelförmig ist.
3. Verfihren nach Anspruch I oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der das Gemisch enthaltende
Trägergasstrom senkrecht auf die freifallenden Füllstoffteilchen gerichtet wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I bis 3 bestehend aus einem vertikal
angeordneten rohrförmigen Körper zur Aufnahme des Füllstoffs, einer in das Rohr unterhalb der Stelle,
an der sich der Füllstoffstrom bildet, einmündenden Zuleitung für ein komprimiertes Trägergas und einer
Zuleitung für das mit dem Füllstoff in Berührung zu bringende verschäumbare Gemisch, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung (18) für das Gemisch
in die Gaszuleitung (17) mündet und daß die Einmündung der GaszuKiitun? (17) in das Füllstoffrohr (16) derart ausgestaltet iit. daß gegen den von
oben nach unten hindurchfallenden Füllstoffstrom ein mit dem Gemisch beladener Gasstrom gerichtet
wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des Füllstoffrohres (16) ein
Füllstoffreservoir (11, 12) mit einem ringförmigen Auslaß (15) angeordnet ist, aus dem der Füllstoff in
Form eines zylinderförmigen, innen hohlen Stromes in das Rohr (16) gelangt.
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