DE9007714U1 - Anlage zur Herstellung von Formteilen aus vernetzten Reaktionskunststoffen - Google Patents

Anlage zur Herstellung von Formteilen aus vernetzten Reaktionskunststoffen

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Description

Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Herstellung von Formteilen aus Polyurethan, Polyurethan-Polyharnstoff oder Polyharnstoff-Elastomeren.
Formteile dieser Art können durch Reaktionsschaumgießen RIM (Reaction Injection Moulding) hergestellt werden. Beim Polyurethan-RIM-Prozeß findet bei jedem Schuß eine chemische Reaktion zwischen den gemischten flüssigen Reaktionskomponenten statt. Als Reaktionskomponenten werden bevorzugt die in der DE-B2-2622951 (Bayer) beschriebenen verzweigten Rohstoffe zur Herstellung von Polyurethan-Polyharnstoff-Elastomeren eingesetzt. Je nach Funktionalität (Anzahl der reaktionsfähigen Molekülgruppen) der Reaktionskomponenten ergeben sich weit- oder engmaschig vernetzte Molekülstrukturen, die einer nachträglichen plastischen Verformung des Kunststoffmaterials entgegenwirken. Nicht zuletzt aus diesem Grund konnten bisher Randstücke oder Abfälle derartiger Duromere oder Elastomere im Gegensatz zu Thermoplasten bei rein mechanischer Aufbereitung nur als Füllstoffe weiterverwendet oder als Energielieferant bei der Müllverbrennung verbrannt, nicht jedoch einem echten Material-Recycling zugeführt werden (vgl. u.a. Hans-Georg Elias: "Macromoleküle: Struktur, Eigenschaften, Synthesen, Stoffe, Technologie", 4. Auflage, 1981, Seiten 918, 979 und 1004). Hinzu kommt, daß beim diskontinuierlichen RIM-Verfahren bei Abweichung von den relativ engen Prozeßtoleranzen die Gefahr besteht, daß
die Formteile in angußnahen und angußfernen Bereichen unterschiedliche Materialeigenschaften erhalten und aufgrund einer Ausgasung von Luft eine porenhaltige Formteiloberfläche entsteht.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs angegebenen Art zu entwickeln, mit der großflächige und zugleich dünnwandige Formteile mit über ihre gesamte Erstreckung konstanten Materialeigenschaften und einer hervorragenden Oberflächenqualität hergestellt werden können.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Anspruch 1 angegebene Merkmalskombination vorgeschlagen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Anlage ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die erfindungsgemäße Lösung geht insbesondere von der Erkenntnis aus, daß es sich bei den in Rede stehenden Reaktionskunststoffen auf Polyurethan- und/oder PoIyharnstoffbasis um mehrphasige Werkstoffsysteme mit einem segmentierten Aufbau der Primärkette handelt. Aufgrund unterschiedlicher Polaritäten bilden sich einerseits Weichsegmente aus den langkettigen, niedrigschmelzenden Polyolen und andererseits Hartsegmente aus hochschmelzenden Oligomereinheiten, die z.B. aus Isocyanaten und Amin-Kettenverlängerem gebildet werden. Während der chemischen Reaktion entmischen sich die Hart- und Weichsegmente und bilden Domänen aus. Die
Weichsegment-Domänen sind dabei für hohe Elastizität, hohes Rückstellvermögen, gute Kaltschlagzähigkeit und hohes Dämpfungsvermögen verantwortlich, während die Hartsegment-Domänen für die erzielbare Steifigkeit und Wärmeformbeständigkeit von Bedeutung sind. Untersuchungen haben nun gezeigt, daß bei erhöhter Temperatur und Anwendung hoher Drücke eine Umstrukturierung zwischen den Weichsegment- und Hartsegment-Domänen stattfindet, die trotz der Vernetzung bei entsprechenden Spannungsgradienten zu einer bleibenden Verformung des räumlich vernetzten Kunststoffes führt. Diese Erkenntnis eröffnet die Möglichkeit einer spanlosen Umformung des vernetzten Reaktionskunststoffes, wobei bei geeigneter Parameterwahl lineare Verformungen von 400% und mehr erzielbar sind.
Die Anlage weist erfindungsgemäß folgende Merkmale auf:
- es ist ein durch eine Dosiervorrichtung mit den Reaktionskomponenten des Reaktionskunststoffes beaufschlagbarer Mischkopf vorgesehen, der oberhalb einer Förderstrecke für eine Trägerbahn angeordnet ist und mit seiner das flüssige Reaktionsgemisch abgebenden Austrittsöffnung zur vorbeibewegten Trägerbahn weist,
- das Reaktionsgemisch ist in Form einer zusammenhängenden Schicht auf die Trägerbahn auftragbar und entlang der Förderstrecke durch Ausreagieren der Reaktionskomponenten und Bildung eines Halbzeugs aushärtbar,
-A-
- das Halbzeug ist in einer Umformvorrichtung vorzugsweise mit heizbaren Umformwerkzeugen unter Bildung des Formteils spanlos umformbar.
Vorteilhafterweise weist der Mischkopf mindestens eine mit dem flüssigen Reaktionsgemisch unter Druck beaufschlagte Spritz- oder Sprühdüse als Austrittsöffnung auf. Um eine gleichmäßige Materialschicht auf dem Trägerband zu erzeugen, ist es außerdem von Vorteil, wenn der Mischkopf quer zur Bewegungsrichtung der Trägerbahn hin- und herbewegbar oder als Breitschlitzdüse ausgebildet ist. Mit diesen Maßnahmen läßt sich außerdem die Anisotropie oder Isotropie einer Glasfaserfüllung im Halbzeug beeinflussen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anlage ist im Abstand vom Mischkopf entlang der Förderstrecke ein Formwerkzeug angeordnet, das auf das zumindest teilweise ausgehärtete Reaktionsgemisch pressend einwirkt und dabei die Schicht komprimiert und/oder kalibriert.
Weiter kann im Abstand vom Mischkopf und möglichst vor dem Formwerkzeug eine Vorrichtung zur Oberflächenbeschichtung oder -kaschierung des teilweise ausgehärteten Reaktionsgemisches mit einer von einer Vorratsrolle abziehbaren Material-, insbesondere Folienbahn vorgesehen werden.
Im Falle einer Halbzeugzwischenlagerung kann am Ende
der Förderstrecke entweder eine vorzugsweise als Trennsäge oder Stanze ausgebildete Trennstation zur Aufteilung der zusammenhängenden Schicht in plattenförmiges
Halbzeug oder eine Aufwickelstation für das ankommende Halbzeug vorgesehen werden. Andererseits kann im Falle eines besonders rationellen DurchlaufVerfahrens die
Umformvorrichtung im Abstand vom Mischkopf entlang der Förderstrecke angeordnet werden, wobei zur Beschleunigung des Reaktionsprozesses und zur Optimierung der
Materialeigenschaften des Halbzeugs entlang der Förderstrecke zusätzlich mindestens eine Heizstation zur
Temperung des das Halbzeug und/oder die Formteile bildenden Reaktionskunststoffes angeordnet werden sollte. Weiter ist es möglich, die erfindungsgemäße Anlage
dahingehend abzuwandeln, daß sie auch zur Herstellung
von Formteilen im Recycling-Verfahren anwendbar ist.
Nach einer ersten Variante ist hierzu vorgesehen, Abfallmaterial aus Reaktionskunststoff unter Bildung von Granulat mit einer Korngröße von 0,5 bis 5 mm zu zerkleinern und das Granulat entweder mehrlagig zwischen
geheizten Walzen oder im Extrusionsverfahren über eine Breitschlitzdüse zu verpressen und dabei unter Bildung einer zusammenhängenden, gegebenenfalls walzfellartigen Schicht als Halbzeug zu verbinden oder das Granulat bei erhöhter Temperatur zu verpressen und dabei unter Bildung von Pellets oder Platten als Halbzeug zu verbinden. Das auf diese Weise hergestellte Halbzeug kann dann
unter Einwirkung eines Druckes von 150 bis 400 bar bei einer Temperatur von 120 bis 3 50 0C unter Herstellung eines Formteils spanlos umgeformt werden.
Eine weitere Erfindungsvariante sieht vor, daß Abfall-Formteile aus Reaktionskunststoff mit geheizten Walzen unter Bildung von plattenförmigen! Halbzeug glattgewalzt wird. Auch dieses Halbzeug kann sodann in der vorbeschriebenen Weise zur Herstellung des Formteils umgeformt werden.
Grundsätzlich ist es zwar möglich, das Granulat auch unmittelbar unter Anwendung der vorstehenden Preßdrücke und Temperaturen zur Herstellung des Formteils zu verpressen. Das hierbei entstehende Erzeugnis ist jedoch sowohl im Aussehen als auch in den Materialeigenschaften von geringerer Qualität. Der Umweg über das Halbzeug oder über einen Spritzvorgang führt infolge der höheren Scherung zu einer wesentlichen Verbesserung in dieser Hinsicht.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einiger in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen
Fig. la und b ein Schema zweier Ausführungsbeispiele einer kontinuierlich arbeitenden Anlage zur Herstellung von Formteilen aus Reaktionskunststoffen;
Fig. 2 a und b ein Schema einer Fertigungsanlage für plattenförmiges Halbzeug und die Weiterverabeitung des Halbzeugs zu Formteilen;
Fig. 3 a und b ein Schema einer Fertigungsanlage für aufgewickeltes Halbzeug und die Weiterverarbeitung des Halbzeugs zu Formteilen;
Fig. 4 ein Schema einer einfachen Recycling-Anlage zur Herstellung von Formteilen aus Kunststoff-Abfällen;
Fig. 5 ein Schema einer kontinuierlich arbeitenden Recycling-Anlage zur Herstellung von Formteilen aus Regranulat;
Fig. 6 ein Schema einer Recycling-Anlage zur Herstellung von aufgewickeltem Halbzeug.
Die in den Fig. 1 bis 3 schematisch dargestellten Fertigungsanlagen bestehen im wesentlichen aus einer Dosierstation 10 für die beiden Reaktionskomponenten Polyol und Isocyanat, einem über Leitungen 12 mit den Reaktionskomponenten beaufschlagten Mischkopf 14, einer Förderstrecke 16 mit einer in Richtung des Pfeils 18 bewegten Trägerbahn 20, mit einer unterhalb des Mischkopfes 14 befindlichen Zugabestelle 22, einer Kaschierstation 24, einer Verdichtungsstation 26 und Abzugswalzen 28 für die ankommende Halbzeugbahn 30. Das flüssige
Reaktionsgemisch 3 2 wird über die nach unten weisende Austrittsöffnung 34 des beweglichen Mischkopfs 14 so auf die in Richtung des Pfeils 18 von der Vorratsrolle 36 abgezogene Trägerbahn 20 gespritzt, daß sich eine zusammenhängende Schicht 3 0 mit annähernd konstanter Schichtdicke bildet. Durch die Bewegung des Mischkopfes wird zudem erreicht, daß ein im Reaktionsgemisch enthaltender Glasfaserfüllstoff sich beim Auftragen auf die Trägerbahn ungerichtet oder gezielt gerichtet in der Schicht 3 0 verteilt. Mit der Trägerbahn 20, die am Ende der Förderstrecke 16 wieder abgezogen werden kann, kann zusätzlich eine Matten- oder Gewebebahn zugeführt werden, mit der sich der Reaktionskunststoff verbindet und der daher eine Verstärkungsfunktion zukommt. Das anfänglich flüssige Reaktionsgemisch härtet durch die chemische Reaktion zwischen den Reaktionskomponenten entlang der Förderstrecke 16 allmählich aus. Die sich dabei ändernde Materialkonsistenz wird im Verfahrensverlauf dazu genutzt, daß im Bereich der Kaschierstation 24, in der das Reaktionsgemisch noch klebrig ist, eine von einer Vorratsrolle 38 abgezogene Dekorfolie mit einer Anpreßrolle 41 auf die Schichtoberfläche aufgebracht wird. Im Bereich der als Preß- oder Walzwerk ausgebildeten Verdichtungsstation 2 6 weist das Reaktionsgemisch eine plastische Verformbarkeit auf, die eine Querschnittsverringerung und eine Materialverdichtung ermöglichen. Hierbei werden auch etwaige Gaseinschlüsse, die zu Oberflächenporen und zu einer Materialtrübung führen könnten, verdrängt, verdichtet und/- oder in Lösung gebracht. Im Bereich der Abzugswalzen
ist das Material bereits so fest, daß bei dem zum Abziehen notwendigen Walzendruck keine bleibenden Verformungen mehr entstehen.
Bei dem in Fig. la gezeigten Ausführungsbeispiel wird das durch die Walzen 28 abgezogene Halbzeug 30 über eine Vorheizstation 42 fortlaufend einer Umformpresse 44 zugeführt, in der aus dem Halbzeug unter Anwendung von Preßdrücken von 150 bis 400 bar bei einer Temperatur von 120 bis 350 0C mit Hilfe der geheizten Preßwerkzeuge 46 Formteile 48 hergestellt werden. Statt einer Umformpresse 44 kann auch eine nicht dargestellte Profi lwalzvorrichtung 44' mit geheizten Profilwalzen 46' verwendet werden (Fig. Ib). Um einen möglichst hohen Umformgrad zu erreichen und innere Spannungen in den Formteilen 48 zu vermeiden, wird der Reaktionskunststoff erst nach der Herstellung des Formteils bei 60 bis 250 °C getempert und dabei bis annähernd 100 % ausgehärtet.
Im Falle des Ausführungsbeispiels nach Fig. 2 a und b wird aus dem aus der Verdichtungsstation 2 6 abgezogenen Material 30 in einer vorzugsweise als Trennsäge ausgebildeten Trennstation 50 plattenförmiges Halbzeug 52 hergestellt, das in dieser Form etwa drei Minuten bei 120 °C getempert und sodann bis zur Weiterverarbeitung zwischengelagert wird. Die Weiterverarbeitung erfolgt dann in einer von der Halbzeugfertigung unabhängigen Umformstation 44, wie sie in Fig. 2 b dargestellt ist. Auch dort ist eine Vorheizzone 42 vorgesehen, in der
das plattenförmige Halbzeug 52 auf eine Temperatur zwischen 120 und 350 0C aufgeheizt wird, bevor es in der Umformpresse 44 mit einem Preßdruck von 150 bis 400 bar unter Bildung des Formteils 48 mit beheizten Formwerkzeugen 46 umgeformt wird.
Bei dem in Fig. 3 a und b gezeigten Ausführungsbeispiel wird die etwa 2 bis 3 mm starke Halbzeugbahn zum Zwecke der Zwischenlagerung auf eine Rolle (Coil) 53 mit Hilfe eines Wickelantriebs 54 und einer Andrückwalze 56 aufgewickelt. Die Formteilherstellung kann dann unabhängig von der Halbzeugherstellung unter Verwendung der Halbzeugrolle 53 mit Hilfe einer Umformpresse 44 in der vorbeschriebenen Weise erfolgen.
Die oben beschriebene Umformtechnik kann grundsätzlich auch zur Herstellung von Formteilen 48 aus Reaktionskunststoff-Abfällen verwendet werden. Zu diesem Zweck werden die Kunststoffabfalle 60 in einer Schneidmühle 62 zu einem Regranulat 64 mit einer Korngröße von ca. 0,5 bis 5 mm zerkleinert und in dieser Form unmittelbar oder nach vorheriger Pelletation oder Verbindung zu einem Walzfell als grobes Halbzeug in der oben beschriebenen Weise einer Umformpresse 44 oder einem nicht dargestellten Spritzpreßwerkzeug zugeführt.
Bei den in den Fig. 5 und 6 gezeigten Ausführungsbeispielen ist ein Extruder 70 mit einer Breitschlitzdüse 72 vorgesehen, in welchem das über den Trichter 74 eingefüllte Regranulat 64 unter Einwirkung von Druck
und Wärme verpreßt und in Form eines flachen Stranges 76 extrudiert wird. In einer als Walzstation ausgebildeten Verdichtungsstation 2 6 wird das Extrudat unter Bildung der zusammenhängenden Halbzeug-Schicht 3 0 verdichtet und kalibriert. Bei dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel wird das aus der Verdichtungsstation 26 austretende Halbzeug 30 fortlaufend einer Umformpresse 44 zugeführt, in der aus dem Halbzeug unter Anwendung von Preßdrücken von 150 bis 400 bar bei einer Temperatur von 120 bis 350 0C mit Hilfe geheizter Preßwerkzeuge 46 Formteile 48 hergestellt werden.
Bei dem in Fig. 6 gezeigten Ausführungsbeispiel wird die etwa 2 bis 3 mm starke Halbzeugbahn 3 0 zum Zwecke der Zwischenlagerung auf eine Rolle 53 mit Hilfe eines Wickelantriebs 54 und einer Andrückwalze 56 aufgewickelt. Die Formteilherstellung kann dann unabhängig von der Halbzeugherstellung erfolgen (vgl. 3b).

Claims (12)

Ansprüche
1. Anlage zur zur Herstellung von Formteilen aus Reaktionskunststoffen, bestehend aus Polyurethan-, Polyurethan-Polyharnstoff- oder Polyharnstoff-Elastomeren, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
- ein durch eine Dosiervorrichtung (10) mit den Reaktionskomponenten des Reaktionskunststoffes beaufschlagbarer Mischkopf (14) ist oberhalb einer Förderstrecke (16) für eine Trägerbahn (20) angeordnet und weist mit seiner das aus der Mischung der Reaktionskomponenten entstehende flüssige Reaktionsgemisch (32) abgebenden Austrittsöffnung (34) zur Oberfläche der vorbeibewegten Trägerbahn (20),
- das Reaktionsgemisch ist in Form einer zusammenhängenden Schicht (30) auf die Trägerbahn (20) auftragbar und entlang der Förderstrecke (16) durch Ausreagieren der Reaktionskomponenten unter Bildung eines Halbzeuges aushärtbar,
- das Halbzeug ist in einer Umformvorrichtung (44) mit heizbaren Umformwerkzeugen (46) unter Bildung des Formteils (48) umformbar.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Mischkopf (14) mindestens eine mit dem flüssigen Reaktionsgemisch unter Druck beaufschlagte Spritz- oder Sprühdüse (34), vorzugsweise eine
Breitschlitzdüse aufweist.
3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Mischkopf (14) quer zur Bewegungsrichtung (18) der Trägerbahn (20) hin- und herbewegbar ist.
4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekenn zeichnet durch eine im Abstand vom Mischkopf (14) entlang der Förderstrecke (16) angeordnete Vorrichtung (24) zur Oberflächenbeschichtung oder -kaschierung des teilweise ausgehärteten Reaktionsgeinisches (30) mit einer von einer Vorratsrolle (38) abziehbaren Material-, insbesondere Folienbahn (40) .
5. Anlage zur zur Herstellung von Formteilen aus Reaktionskunststoffen, bestehend aus Polyurethan-, Polyurethan-Polyharnstoff- oder Polyharnstoff-Elastomeren, gekennzeichnet durch einen mit Granulat aus ausgehärtetem Reaktionskunststoff beschickbaren Extruder (70), über dessen vorzugsweise als Breitschlitzdüse (72) ausgebildete Extrusionsdüse der im Extruder (7 0) unter Einwirkung von Druck und Wärme komprimierte Reaktionskunststoff in Form einer zusammenhängenden Schicht (76,30) als Halbzeug entlang einer Förderstrecke abziehbar ist, welches Halbzeug in einer Umformvorrichtung (44) mit heizbaren Umformwerkzeugen (46) unter Bildung des Formteils (48) umformbar ist.
6. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekenn zeichnet durch ein. im Abstand vom Mischkopf (14) oder von der Extrusionsdüse (72) entlang der Förderstrecke (16) angeordnetes, auf den Reaktionskunststoff pressend einwirkendes und dabei die Schicht komprimierendes und/oder kalibrierendes, vorzugsweise auf eine Temperatur zwischen 60 und 250 0C temperiertes Formwerkzeug (26).
7. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekenn zeichnet durch eine am Ende der Förderstrecke (16) angeordnete, vorzugsweise als Trennsäge ausgebildete Trennstation (50) zur Aufteilung der zusammenhängenden Reaktionskunststoff-Schicht (3 0) in plattenförmiges Halbzeug (52).
8. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekenn zeichnet durch eine am Ende der Förderstrecke (16) angeordnete Aufwickelstation (53) für das ankommende Halbzeug.
9. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Umformvorrichtung (44) im Abstand vom Mischkopf (14) entlang der Förderstrecke (16) angeordnet ist.
10. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekenn zeichnet durch mindestens eine entlang der Förderstrecke angeordnete Heizstation (42) zur Temperung
des das Halbzeug (30) und/oder die Formteile (48) bildenden Reaktionskunststoffes.
11. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Umformvorrichtung als Presse (44) mit geheizten Preßwerkzeugen (46) ausgebildet ist.
12. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Umformvorrichtung als Profilwalzvorrichtung mit geheizten Walzen ausgebildet ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102004004407A1 (de) * 2004-01-29 2005-08-18 Gunter Prediger Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Harzbeschichtungen

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