DE2602379A1

DE2602379A1 - Verfahren zum herstellen von gegenstaenden aus schaumkunststoff

Info

Publication number: DE2602379A1
Application number: DE19762602379
Authority: DE
Inventors: Joel Soulier
Original assignee: Isobox Barbier SA
Current assignee: Isobox Barbier SA
Priority date: 1975-01-24
Filing date: 1976-01-22
Publication date: 1976-07-29
Also published as: BE857511A; FR2298571B1; FR2298571A1; GB1537481A

Description

DR. BERG DIPL.-ΙΝΰ. STAPF DIPL.-ING. SCHWA3E DR. DR. SANDMAIR

PATENTANWÄLTE 9 R D ? ? 7 Q

8 MÜNCHEN 86, POSTFACH 860245

Anwaltsakte ?6 7SQ _{22# Januar}

Joel SOULIER, 95 EAUBONNE / Prankreich

und
ISOBOX -BARBIER, BANNALEC 29114 / Prankreich

Verfahren zum Herstellen von Gegenständen aus Schaumkunststoff

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Gegenständen aus unpolaren Schaumkunststoffen.

Es gibt verschiedene bekannte Arten von Kunststoffen, welche einen Zusatz eines Schaum- oder Treibmittels, d.h. einer sich unter Einwirkung von Wärme unter Freisetzung

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von Gasen zersetzenden Substanz, enthalten und dadurch, bei Erwärmung in einen Schaumstoff umwandelbar sind.

Dies trifft insbesondere für Polystyrol zu. In bekannten Verfahren zum Herstellen von Gegenständen aus solchen Schaumstoffen wird eine gewisse Menge des noch nicht aufgeschäumten Materials in eine Metallform gebracht, worauf der Form Wasserdampf unter Druck und mit einer Temperatur zugeführt wird, welche das Aufschäumen des Materials auslösen kann.

Dieses Verfahren hat verschiedene Nachteile. Zunächst einmal ist es aufgrund der zyklischen Arbeitsweise sehr langsam. Die dazu erforderlichen aufwendigen Einrichtungen wie Dampfkessel, Pressen usw. benötigen sehr viel Platz. Ferner läßt sich das Verfahren nur von besonders geschultem Personal durchführen. Die Abmessungen der mit dem Verfahren herstellbaren Gegenstände sind begrenzt, und die Formen sind relativ teuer.

Die Erfindung schafft ein Verfahren, bei welchem die vorstehend angeführten Mangel beseitigt sind. Gemäß der Erfindung wird einunpolarer, einen Zusatz eines Schaummittels enthaltender Kunststoff mit einem polaren Stoff vermischt, worauf das Gemisch in einem Resonanzhohlraum einer ultrahochfrequenten Strahlung ausgesetzt wird.

Der polare Stoff kann eine polare Flüssigkeit, etwa Wasser, oder ein pulverförmiger polarer Stoff sein, etwa Ruß oder Aluminiumpulver.

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In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird ein Granulat aus einem unpolaren, ein Schaummittel enthaltenden Kunststoff mit einer polaren Flüssigkeit benetzt und in einem Resonanzhohlraum einer ultrahochfrequenten Strahlung ausgesetzt.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich im wesentlichen für alle unpolaren "Kunststoffe und insbesondere für ein wahlweise vorexpandiertes Polystyrolgranulat. Als polare Flüssigkeit eignet sich insbesondere Wasser in einer Menge von ca..10 bis 50 Gew.%, bezogen auf das expandierte Material. Die polare Flüssigkeit wird unter Einwirkung der ultrahochfrequenten Strahlung im Resonanzhohlraum erhitzt und verdampft und erhitzt ihrerseits den die ultrahochfrequente Strahlung nicht absorbierenden Kunststoff. Dadurch wird der Kunststoff wenigstens bis auf seine Expansionstemperatur erwärmt und so zum Aufschäumen gebracht.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere für das kontinuierliche Extrudieren von Profilen geeignet. Dabei wird ein vorher benetztes Granulat durch wenigstens ein aus nicht absorbierendem und einenniedrigen Beibungskoeffizienten aufweisendem Material geformtes Mundstück extrudiert, welches in einem durch eine ultrahochfrequente Strahlung erregten Resonanzhohlraum angeordnet ist. Unter der indirekten Einwirkung der ultrahochfrequenten Strahlung findet dann die Expansion des Granulats im Mundstück statt.

Die Wände des Mundstücks können etwa aus Polytetrafluoräthylen, Polypropylen oder ähnlichem Werkstoff sein.

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Das Mundstück muß dabei offensichtlich, eine ausreichende Länge haben, damit der Kunststoff bei einer gegebenen Extrusionsgeschwindigkeit beim Austritt aus dem Mundstück in dem gewünschten Maße aufgeschäumt ist. Die Extrusionsgeschwindigkeit ist dabei durch die Reibung des Granulats an den Wänden des Mundstücks begrenzt.

Das für das kontinuierliche Extrudieren verwendete Mundstück ist vorzugsweise in einem mittels Heißluft beheizbaren Raum angeordnet, um das Expandieren des Granulats an den Oberflächen des Extrudats zu begünstigen. In gewissen Fällen kann es auch zweckmässig sein, die Temperatur dieses Raums so zu steuern, daß das Material in den äußeren und inneren Bereichen des Extrudats in verschiedenem Maße aufschäumt und eine dichtere, glattere Oberfläche erzielt wird.

Ferner ist das erfindungsgemäße Verfahren Für den Spritzguß von Schaumstoffen anwendbar.

Zu diesem Zweck verwendet man vorzugsweise Formen aus einem die ultrahochfrequente Strahlung nur in einem geringen Maße absorbierenden Material, insbesondere aus glasfaserverstärkten Silikonharzen, Polyester- oder Epoxidharzen. Die Formen werden in einen mit einer ultrahochfrequenten Strahlung erregten Resonanzhohlraum gebracht. Sie haben vorzugsweise ein Ventil, welches sich öffnet, sobald der Dampfdruck in der Form einen der zum Aufschäumen des Kunststoffs erforderlichen Mindesttemperatur entsprechenden

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Wert übersteigt. Dadurch läßt sich ein übermäßig starker Temperaturanstieg und die sich daraus ergebende Verlängerung der Abkühlzeit vermeiden.

Für den Spritzguß insbesondere von Gegenständen mit großen Abmessungen können auch herkömmliche Formen verwendet werden, wobei dann wenigstens ein Teil des Spritzkopfs in einem durch ultrahochfrequente Strahlung erregten Resonanzhohlraum angeordnet ist. Dadurch wird das Material innerhalb des Spritzkopfs auf die zum Aufschäumen notwendige Temperatur erwärmt, und der Formhohlraum wird während der zum Aufschäumen benötigten Zeit mit dem Material ausgefüllt.

Im folgenden sind Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise im Schnitt gezeigte Seitenansicht einer Extrudiervorrichtung zum Durchführen des

erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 2 eine Draufsicht auf eine nach dem erfindungsgemäßen

Verfahren arbeitende Spritzgußanlage, Fig. 3 eine Ansicht einer Abwandlung der Anlage nach

Fig. 2 und
Fig. 4- eine Draufsicht auf eine Spritzgußanlage in einer anderen Ausführungsform.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung umfaßt im wesentlichen eine Extruderpresse 1, ein Extrudermundstück 2 und eine Kühlkammer 3· Die Extruderpresse 1 hat einen herkömm-

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lichen Aufbau mit einem Einfülltrichter 4- und einer Schnecke 5· Das aus Polytetrafluoräthylen geformte Extrudermundstück 2 ist in einer Kammer 6 angeordnet. Diese stellt einen durch ein Magnetron 7 mit einer Ultrahochfrequenz von 2 450 MHz und einer Leistung von 5 kW erregten Resonanzraum dar,und ist von einer Warmluftströmung durchströmt, welche dazu dient, die Wände des Mundstücks auf einer geeigneten Temperatur zu halten.

Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen: Über den Trichter 4-wird ein mit 200 g Wasser pro Kilogramm benetztes Granulat aus ein Schaummittel enthaltendem Polystyrol eingefüllt. Das Granulat wird von der Schnecke 5 unter Druck in Richtung auf das Mundstück 2 befördert, während dieses von der zirkulierenden Warmluft auf einer Temperatur von ca. 90 ⁰C gehalten wird. Die Leistung des Magnetrons 7 wird so eingestellt, daß sich im Inneren des Mundstücks eine zum Aufschäumen des Polystyrolgranulats ausreichende Temperatur von ca. 85 ⁰C ergibt. Das Aufschöäumen findet progressiv während der Bewegung des Granulats durch das Mundstück hindurch statt. Das auf diese Weise erhaltene Extrudat wird in der Kammer 3 abgekühlt und anschließend auf die gewünschte Länge zugeschnitten. Der so hergestellte Schaumstoff hat eine scheinbare Dichte von ca. 25 kg/m .

Die schematisch in Fig. 2 dargestellte Spritzgußanlage weist ein Karussell 11 mit zweiunddreißig Formen 12 auf, welche über zwei Umlenkscheiben 13» 14- umlaufen. Die Formen 12 sind aus glasfaserverstärktem Silikonharz und haben

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jeweils ein Überdruckventil. Sie Bewegen sich durch eine Kammer 15₅ welche einen Eesonanzhohlraum darstellt. Der Hohlraum 15 wird von einem Magnetron 16 erregt und ist von einem Warmluftstrom zum Beheizen der Formen durchströmt. Anschließend durchlaufen die Formen eine Kühlkammer 17.

Die Anlage umfaßt ferner (nicht dargestellte) automatische Verriegelungs- und Entriegelungseinrichtungen, welche eine vollständige Automatisierung der Anlage ermöglichen.

Die Formen werden zunächst geschlossen und verriegelt und dann mit einem mit Wasser benetzten, expandierbaren Granulat beschickt. Beim nachfolgenden Eintritt in die Kammer wird das Wasser unter der Einwirkung der ultrahochfrequenten Strahlung verdampft, so daß das Granulat während der Bewegung der Formen durch die Kammer aufschäumt.

Das Überdruckventil jeder Form ist so eingestellt, daß es sich öffnet, sobald die Temperatur im Innenren der Form den zum Aufschäumen notwendigen Mindestwert erreicht hat.

Anschließend werden die Formen in der Kammer 17 abgekühlt und beim Verlassen derselben automatisch entriegelt und geöffnet.

Eine solche Anlage ermöglicht eine hohe Produktionsgeschwindigkeit . Bei der Herstellung von Gegenständen aus Schaumstoff auf diese Weise nimmt das Abkühlen der Formen tatsächlich die längste Zeit in Anspruch. Die beschriebene Anlage ermöglicht jedoch die Verwendung einer großen

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Anzahl Formen, so daß für das Abkühlen, anders als bei einer herkömmlichen Spritzgußeinrichtung, keine Arbeitsunterbrechung notwendig ist. Die Produktionsgeschwindigkeit läßt sich somit bis auf 960 Gegenstände pro Stunde, steigern, während eine herkömmliche Einrichtung bei gleicher Größe der Standfläche eine Produktionsgeschwindigkeit von nur 100 bis 150 Gegenständen pro Stunde ermöglicht.

Fig. 3 zeigt eine Abwandlung der vorstehend beschriebenen Anlage für kleinere Produktionszahlen auf sehr kleiner Standfläche. Die Anlage umfaßt ein in senkrechter Ebene umlaufendes, von einer (nicht gezeigten) Mittelscheibe angetriebenes Earussel mit einer großen Anzahl Formen. Mit seinem oberen Teil verläuft das Karussell durch eine einen Resonanzhohlraum bildende Kammer 22, welche durch einen UtrahochfreguenSgenerator 23 erregt wird.

Anschließend verläuft das Karussell durch eine zweite, einen Kühlraum darstellende Kammer 24-. Zwischen dem Ausgang der Kühlkammer 24 und dem Eingang des Resonanzhohlraums 22 hat die Anlage wie die in Fig. 2 dargestellte eine automatische Ausformeinrichtung, eine Schließeinrichtung und eine Spritzgußeinrichtung.

Die in Fig. 4 gezeigte Anlage hat eine Schneckenpresse y\ mit einem Spritzkopf 32, dessen Eintrittsrohr in einer Kammer 33 angeordnet ist. Die Kammer 33 ist von Warmluft durchströmt und stellt einen Resonanzraum dar, welcher von einem Ultrahochfrequenzgenerator 34 erregt wird.

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Ferner hat die Anlage ein Karussell 35 mit mehreren Formen 36, welche nacheinander an den Spritzkopf 32 herangeführt werden. Die Formen 36 sind ebenfalls in einer von Warmluft durchströmten Kammer angeordnet. Die Schneckenpresse 31 ist auf einem Schlitten montiert, so daß sie sich an die Formen 36 heranführen und von ihnen entfernen läßt. Außerdem umfaßt die Anlage Einrichtungen zum automatischen Öffnen und Schließen der Formen.

Das der Schneckenpresse 31 zugeführte Material wird von der Schnecke in den Spritzkopf 32 befördert und erwärmt sich darin. Das dadurch herbeigeführte Aufschäumen des Granulats bewirkt dessen Eintritt in die Form, in welcher das Material dann fertig aufschäumt.

Anschließend wird der Spritzkopf von der Form gelöst und das Karussel zum Füllen der nächsten Form weitergedreht. Diese Anlage ermöglicht ebenfalls eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit .

Das erfindungsgemäße Verfahren ist außerdem vorteilhaft zum teilweisen Aufschäumen oder vorexpandieren von Granulaten, insbesondere Polystyrolgranulat, anwendbar.

Bei einer solchen Anwendung des "Verfahrens ist ein vollständig wasserfreies, vorexpandiertes Granulat erzielbar. Dank der Abwesenheit von Wasser läßt sich die für die Luftaufnahme vor dem Formen notwendige Lagerzeit des Granulats gegenüber dem herkömmlichen Expansionsverfahren mit Hilfe

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von Wasserdampf auf die Hälfte oder ein Drittel verkürzen. Bei Anwendung des erfindunggemäßen Verfahrens zum Vorexpandieren eines Polystyrolgranulats kann das eine scheinbare Dichte von 18g/l aufweisende vorexpandierte Granulat schon eine Stunde nach dem Vorexpandieren fertig geformt werden.

Darüber hinaus ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein stärkeres und gleichmäßigeres Aufschäumen erzielbar als bei der Verwendung von Wasserdampf unter Druck. Beim herkömmlichen Aufschäumen ergibt sich zu Beginn der Berührung des Polystyrolgranulats mit dem Wasserdampf ein Wärmeschock. Dadurch steigt der Druck in den Teilchen übermäßig stark an, bevor das Polystyrol sein thermisches Gleichgewicht erreicht hat, d.h. bevor es zum Expandieren ausreichend erweicht ist. Dies führt dann dazu, daß das expandierende Gas unter Druck durch die Wandungen der Teilchen diffundiert und damit für das Aufschäumen verloren geht.

Demgegenüber ergibt sich beim erfindungsgemäßen Verfahren eine progressive Erwärmung der Teilchen, so daß diese ohne Energieverluste durch Diffusion des expandierenden Gases gleichmäßig aufschäumen. Dadurch ist dann außerdem auch ein stärkeres Aufschäumen erzielbar.

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Claims

Pat entansprüche:

"U Verfahren zum Herstellen von unpolaren Schaumkunststoffen, dadurch gekennzeichnet, daß man einen unpolaren, ein Schaummittel enthaltenden Kunststoff mit einem polaren Stoff vermischt und daß man das Gemisch in einem Resonanzhohlraum einer ultrahochfrequenten Strahlung aussetzt.
2. Verfahren zum Herstellen von unpolaren Schaumkunststoffen, dadurch gekennz ei chnet, daß man einen unpolaren, ein Schaummittel enthaltenden Kunststoff in Form eines Granulats mit einer polaren Flüssigkeit benetzt und daß man die so benetzten Teilchen des Granulats in einem Resonanzhohlraum einer ultrahochfrequenten· Strahlung aussetzt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Kunststoff ein Polystyrolgranulat verwendet.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als polaren Stoff bzw. als polare Flüssigkeit Wasser verwendet.
5. Verfahren nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser in einer Menge von ca. 0,1 bis 0,5 g pro Gramm des expandierten Produkts verwendet wird.

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6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 5i dadurch gekennzeichnet, daß das benetzte Kunststoffgranulat kontinuierlich durch ein in dem Resonanzhohlraum angeordnetes Extrudermundstück aus einem nich absorbierenden, einen niedrigen Reibungskoeffizienten aufweisenden Werkstoff extrudiert.
7- Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein am Auslaß eines Extruders (1) angeordnetes Extrudermundstück (2) aus einem nicht absorbierenden, einen niedrigen Reibungskoeffizienten aufweisenden Werkstoff, welches in einem von einem Ultrahochfrequenzgenerator (7) erregten Resonanzhohlraum (6) angeordnet ist.
8. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 5_? dadurch gekennzeichnet, daß das benetzte Kunststoffgranulat in eine Form aus einem die ultrahochfrequente Strahlung nur in geringem Maße absorbierenden Werkstoff eingespritzt wird und daß die Form in einen mit einer ultrahochfrequenten Strahlung erregten Resonanzhohlraum gebracht wird.
9. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch ein mehrere Formen (12) aus einem die ultrahochfrequente Strahlung nur in geringem Maße aufnehmenden Material tragendes Karussel (11), mittels dessen die Formen in einen mittels eines Ultrahochfrequenzgenerators (16) erregten Resonanzhohlraum

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und anschließend in eine Kühlzone (17) bewegbar sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Formen (12) mit Ventilen versehen sind, welche sich öffnen, sobald der Druck einen der für die Expansion notwendigen Mindesttemperatur entsprechenden Wert übersteigt.
11. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 5} dadurch:, gekennzeichnet, daß das benetzte Kunststoffgranulat mittels eines Spritzkopfs, welcher wenigstens zum Teil in einem durch eine ultrahochfrequente Strahlung erregten Resonanzhohlraum angeordnet ist, in eine herkömmliche Spritzform eingespritzt wird.
12. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch ein mit dem Auslaß einer Spritzgußpresse (31) verbundenes Spritzmundstück (32), welches wenigstens zu einem Teil in einem mittels eines Ultrahochfreguenzgenerators (34-) erregten Resonanzhohlraums (33) angeordnet ist.

13· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen des Granulats nur teilweise zu einem vorexpandierten Granulat aufgeschäumt werden.

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