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Dokumentenidentifikation DE69016659T2 07.09.1995
EP-Veröffentlichungsnummer 0483230
Titel HERSTELLUNGSVERFAHREN VON ZELLKUNSTSTOFF.
Anmelder Scandinor A/S, Blommenholm, NO
Erfinder SPYDEVOLD, Baard, N-1310 Blommenholm, NO
Vertreter PAe Reinhard, Skuhra, Weise & Partner, 80801 München
DE-Aktenzeichen 69016659
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, ES, FR, GB, IT, LI, LU, NL
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 16.07.1990
EP-Aktenzeichen 909113169
WO-Anmeldetag 16.07.1990
PCT-Aktenzeichen NO9000118
WO-Veröffentlichungsnummer 9101212
WO-Veröffentlichungsdatum 07.02.1991
EP-Offenlegungsdatum 06.05.1992
EP date of grant 01.02.1995
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.09.1995
IPC-Hauptklasse B29C 67/20
IPC-Nebenklasse B29C 47/88   

Beschreibung[de]
Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen oder halbkontinuierlichen Herstellung von Zellkunststoffmaterial aus einer ein Treibmittel bzw. Blähmittel und wahlweise andere prozeßregulierende Substanzen und Additive enthaltenden Kunststoffmasse.

Die Herstellung von Zellkunststoff (Schaumkunststoff) aus thermoplatischen Materialien hat stark zugenommen. Der Hauptgrund für diese Zunahme liegt im geringen Verbrauch an Rohmaterialien im Vergleich zum Volumen und zum hohen Wärmeisolationsvermögen.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zur Herstellung von Kunststoffschaum aus Thermoplastenmaterial bekannt, einschließlich beispielsweise "Perlschaum" von Polystyrol (Styropor) und das statische Hochdruckverfahren zur Herstellung von PVC-Schaum mit geringer Dichte und kompakten Zellen. Das "Perlschaum"-Verfahren, das ein Mehrstufenverfahren ist, ergibt einen Polystyrolschaum mit geringer Dichte, jedoch mit relativ niedrigen physikalischen Werten. Das statische Hochdruckverfahren ergibt PVC-Schaum von geringer Dichte, geschlossenen Zellen und hoher Qualität, ist jedoch ein stark manuelles Verfahren, das mit hohen Produktionskosten verbunden ist und bezüglich der Form des hergestellten Produkts beträchtlichen Einschränkungen unterliegt.

Unter den vollständig kontinuierlichen Verfahren wird die Extrusion am häufigsten verwendet. Sie ist im allgemeinen relativ einf ach zu kontrollieren und normalerweise mit niedrigen Herstellungskosten verbunden.

Heute umfaßt die Verwendung von Kunststoffverarbeitungsmaschinen zur kontinuierlichen Produktion von Schaumkunststoff, beispielsweise Extruder, im allgemeinen die Verwendung physikalischer Blähmittel zum Schäumen des Zellkunststoffs mit niedriger Dichte. Um höhere Dichten zu erreichen, bilden im allgemeinen chemische Blähmittel die Grundlage für das Schäumungsverfahren.

Die zur Schäumung am besten geeigneten Thermoplasten sind: Polystyrole (PS) einschließlich der Polymerisate (HIPS, SB, SAN, ABS), Polyethylen (LDPE) und das Copolymerisat (EVA), Polyvinylchloride (PVC) einschließlich Polyblends und Polypropylene (PP).

Günstige Bedingungen zur Schäumung werden erhalten, wenn die Schmelzviskosität des Rohmaterials langsam und gleichmäßig in die Temperaturbereiche zum Weichmachen fällt. Deshalb sind die amorphen Thermoplasten leichter zu schäumen als die kristallinen. Die Subkristalle in den Thermoplasten werden üblicherweise vor dem Schäumen oder in Verbindung mit dem Schäumen chemisch oder durch Strahlung vernetzt. Auf diese Weise wird eine günstigere Viskositätskurve unabhängig von der Temperatur erhalten.

Bei der Extrusion von Kunststoffschaum ist das Schäumungsverfahren selbst von der Viskosität des Kunststoffs und vom Zugspannungsvermögen der Schmelze, vom Gasdruck des Blähmittels und vom Außendruck und der Wechselwirkung zwischen der Schmelze und dem Blähmittel abhängig.

Da Kunststoffschaum eine größere Reibung gegen die Wandung eines mit einer Kunststoffverarbeitungsmaschine wie einem Extruder verbundenen Werkzeugs aufweist als eine ungeschäumte bzw. nicht expandierte Kunststoffmasse, ist es allgemein wünschenswert, daß die Schäumung nur stattfinden sollte, nachdem die Kunststoffmasse das Werkzeug verlassen hat. Eine Bedingung hierfür ist, daß der Außendruck auf die das aktive Blähmittel enthaltende Schmelze hoch genug ist, um eine Expansion zu verhindern. In den z. Zt. bekannten Herstellungsverfahren verringert sich, nachdem die Kunststoffmasse das Werkzeug der Verarbeitungsmaschine verläßt, der Außendruck auf die Masse, und der Kunststoff expandiert aufgrund einer Übersättigung des Gases in der Kunststoffmasse.

Ein Verfahrensparameter, der einen starken Einfluß auf die Zellstruktur und damit auf die Qualität des Extrudats aufweist, ist die Temperatur der Masse. Im Falle einer zu geringen Temperatur der Masse würde die Kunststoffmasse aufgrund einer relativ hohen Schmelzviskosität nicht in der Lage sein, vollständig zu expandieren, was zu einer relativ hohen Dichte führt. Falls die Temperatur der Masse zu hoch ist, wird die Schmelzviskosität gering sein, was im Ergebnis dazu führt, daß die Zellen mit hoher Dichte leicht zerreißen.

Um Kunststoffschaum mit geringer, gleichmäßiger Dichte und kompakten Zellen herzustellen, ist es notwendig, ein Extrudat herzustellen, bei dem die Gaszellen aufgrund einer ungleichmäßigen Geschwindigkeit in Flußrichtung am Auslaß des Formgebungswerkzeugs, wo der Druck verringert ist und die Gaszellen gebildet werden, nicht in Stücke zerrissen werden. Gleichzeitig ist es notwendig, einen Außendruck auf die Kunststoffmasse sowohl in der Kunststoffverarbeitungsmaschine als auch in der Werkzeugmaschine zu haben, der die Expansion der Kunststoffmasse verhindert.

Diese zwei Kriterien bilden heute einen limitierenden Faktor für die Möglichkeit zur Herstellung dicker Profile aus Kunststoffschaum mit kompakten Zellen durch ein automatisches Verfahren, wobei der Kunststoffschaum eine geringe Dichte aufweist, die gleichmäßig über den gesamten Querschnitt verteilt ist. Dies trifft insbesondere zu, wenn chemische Blähmittel verwendet werden, da der Gasdruck in chemischen Blähmitteln (wie beispielsweise Azodicarbonamid oder Natriumbicarbonat) wesentlich höher ist als der Gasdruck in den normalerweise verwendeten physikalischen Blähmitteln (beispielsweise KFK- Gase, CO&sub2; oder N&sub2;).

Die mit der Scherung der Kunststoffmasse und dem Aufreißen der Gaszellen durch Druckverringerung in Zusammenhang stehenden Probleme werden heute entweder durch eingeschränkte Zugabe des Blähmittels oder dadurch vermindert, daß die Kunststoffmasse eine sehr eingeschränkte Schichtdicke beim Aufbau des Drucks und bei der Expansion aufweist. Dies trifft insbesondere für chemische Blähmittel zu; es gibt jedoch auch beträchtliche Einschränkungen bei der Verwendung physikalischer Blähmittel.

Es ist häufig wünschenswert, in der Lage zu sein, auch chemische Blähmittel für dickere Kunststoffschaumprodukte zu verwenden, da das tatsächliche Herstellungsverfahren gewöhnlich einfacher ist als bei Verwendung physikalischer Blähmittel und die Eigenschaften des Endprodukts normalerweise besser einstellbar sind als bei Verwendung physikalischer Blähmittel. Dies ist u.a. auf den höheren Gasdruck im chemischen Blähmittel im Vergleich zum Gasdruck in physikalischen Blähmitteln zurückzuführen.

In Zusammenhang mit der kontinuierlichen Schaumherstellung, insbesondere in Verbindung mit der Extrusion, wurden verschiedene Werkzeugprinzipien entwickelt. Ein Extrusionswerkzeug weist insbesondere zwei wichtige Funktionen auf:

1) Aufbau eines ausreichenden Drucks im Werkzeug und im Extruder;

2) Formung des Extrudats zur gewünschten Gestalt.

Die kontinuierliche Schäumung von Thermoplasten findet in zwei grundsätzlich unterschiedlichen Weisen statt:

1) Freischäumung;

2) kontrollierte, nach innen gerichtete Schäumung.

Eine Freischäumung wird üblicherweise für relativ einfache Profile verwendet. Das geschäumte Extrudat ist normalerweise durch eine Kalibrierungseinheit nur kurz vom Auslaß des Werkzeugs entfernt eingeschlossen. Der erforderliche Druck auf die Masse im Werkzeug wird normalerweise von den Rändern des Werkzeugs aufgebaut.

Bei der nach innen gerichteten Schäumung wird der erforderliche Druck auf die Masse durch ein Torpedo im Werkzeug aufgebaut, und die Kalibrierungseinrichtung ist fest an das Werkzeug selbst angebracht. Die Kalibrierungseinheit weist die gleiche Innenform wie die Werkzeugdüse auf. Die Schmelze wird extern abgekühlt und an den Wandungen der Kalibrierungseinheit durch ein Vakuum fest gehalten. Gleichzeitig ermöglicht ein Einbau im Werkzeug dem Extrudat, sich nach innen in die Kalibrierungseinheit auszudehnen. Dieses Verfahren wird zur Herstellung von Rohren, Schichten und Profilen verwendet. Das Endprodukt weist eine kompakte, gleichmäßige Haut mit einer zum Kern hin geringeren Dichte auf. Dieses Verfahren ist als "Celuka-Verfahren" bekannt.

Es gibt Kombinationen des Freischäumungsverfahrens und des "Celuka-Verfahrens". Auf der Grundlage eines dem "Celuka-Verfahren" ähnlichen Prinzips werden auch Hohlprofile hergestellt.

Weiterhin wird eine Vielzahl an Co-Extrusionsprinzipien für nicht expandiertes Hautmaterial und geschäumte Kernmaterialien verwendet.

Ein anderes Verfahren, das einen Druckaufbau im Werkzeug und eine relativ geringe Scherung des Materials beim Schäumen erzeugt, ist das sogenannte "Woodlite-Verfahren". Dies ist ein Verfahren zur Extrusion geschäumter Stränge, die zu einer Einheit verschweißt werden, nachdem sie die Auslaßöffnung des Werkzeugs verlassen haben. Das Endextrudat weist jedoch eine ungleichmäßige Struktur und eine geringe Biegefestigkeit auf, was teilweise auf ein schwaches Zusammenschweißen der verschiedenen Subextrudate zurückzuführen ist.

Ein insbesondere zur Herstellung von Schaumrohren verwendetes Prinzip ist das "Armocell-Verfahren". Durch eine spezielle Konstruktion des Flußkanals im Werkzeug wird ein ausreichender Druck aufgebaut, um eine frühzeitige Expansion der Schmelze zu verhindern. Das geschäumte Rohr wird durch eine Kalibrierungseinheit in kurzer Entfernung vom Werkzeug gehalten.

Alle oben beschriebenen Werkzeugprinzipien führen zu beträchtlichen Einschränkungen in der Dichte des Produkts, im Prozentsatz an kompakten Zellen und in der Form. Dies ist u.a. darauf zurückzuführen, daß der Aufbau des notwendigen Drucks auf die Masse zur Vermeidung einer frühzeitigen Expansion auf die Reibung zwischen der heißen Kunststoffmasse und dem Werkzeug zurückzuführen ist.

Beschreibung der Erfindung

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den im Oberbegriff des Anspruchs angegebenen Stand der Technik zu verbessern und den Verwendungsbereich auszudehnen, wobei gleichzeitig die Nachteile des Standes der Technik und die damit zusammenhängenden Beschränkungen vermieden werden sollen.

Diese Aufgabe wird durch das beanspruchte Verfahren gelöst.

Die Erfindung wird nunmehr im einzelnen unter Bezugnahme auf die bei liegenden Figuren näher beschrieben, wobei

- die Fig. 1 und 2 die zwei möglichen Vorrichtungssysteme zur Durchführung der Schritte a) bis g) des beanspruchten Verfahrens zeigen.

Der Thermoplast, das Blähmittel und andere wahlweise vorhandene prozeßregulierende Substanzen und Additive werden der Kunststoffverarbeitungsmaschine eines an sich bekannten Typs, beispielsweise in einen Extruder 1, zugeführt, wo sie unter solchen Temperatur- und Druckbedingungen zusammengeknetet werden, daß nur bei Druckentlastung eine Schaummasse gebildet wird.

Verschiedene Typen von Extrudern als auch die in derartigen Extrudern verwendeten Mischbedingungen sind bekannt und werden nachfolgend nicht im einzelnen beschrieben. Der wichtige Faktor liegt darin, dem Blähmittel nicht zu gestatten, in der Kunststoffverarbeitungsmaschine selbst zu expandieren.

Der Kunststoff wird derart geknetet, daß alle Teile der Masse ungefähr die gleiche Temperatur erhalten, und die Tatsache, daß dies relativ schnell erreicht wird, ergibt eine relativ gute Kontrolle aller möglichen exothermen oder endothermen Wärmeaustausche von einem chemischen Blähmittel.

Aufgrund der schnellen Erhitzung der gesamten Kunststoffmasse durch die mechanische Verarbeitung erreicht man ebenfalls einen schnellen Abbau des chemischen Blähmittels, falls ein solches verwendet wird.

Um die heute bestehenden Probleme in Zusammenhang mit den bekannten Verfahren und den bekannten Prinzipien für Extrusionswerkzeuge zu vermeiden und zur Erreichung eines ausreichend hohen Druckes im Werkzeug und im Extruder, wo die Gaszellen zu einem hohen Anteil am Auslaß vom Extruderwerkzeug in Stücke zerrissen werden (da der Druckaufbau auf der Scherwirkung/Reibung beruht), wird entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Aufbau eines ausreichenden Druckes im Werkzeug und Extruder verwendet, um eine vorzeitige Expansion der Kunststoffmasse zu vermeiden, aufgrund der Tatsache, daß die Kunststoffmasse nach Abkühlung abgebremst wird, so daß die Kunststoffmasse einen kontinuierlichen "Kolben" zum Aufbau des notwendigen Drucks bildet, um das Auftreten einer Scherung und das hieraus sich ergebende Aufreißen der Gaszellen zu verhindern.

Der Aufbau des notwendigen Drucks im Werkzeug und im Extruder wird durch das Abkühlen 2 der Kunststoffmasse unter Druck am Auslaß des Extrusionswerkzeugs 1 in einem kontinuierlichen Verfahren erreicht, das ausreicht, um die Steifheit der Kunststoffmasse ausreichend hochzuhalten, so daß die Kunststoffmasse durch ein Bremsmittel 3, das beispielsweise ein kontinuierlich bewegbares Band sein kann, verlangsambar ist. Das Abbremsen der Kunststoffmasse wird derart eingestellt, daß der sich in der Kunststoffmasse aufbauende Druck ausreichend hoch ist, um ein Expandieren des Kunststoffes zu verhindern. Vom Extrusionswerkzeug oder der Formgebungsvorrichtung nach dem Extruder muß die Kunststoffmasse unter einem hohen Außendruck gehalten werden, ohne daß eine Reibung zwischen der Grenzwandung und der Kunststoffmasse auftritt, oder die Reibung zwischen der Wandung und der Kunststoffmasse muß ausreichend gering sein, so daß die nach der Verringerung des Drucks gebildeten Gaszellen nicht in Stücke zerrissen werden. Aufgrund des Fehlens einer Reibung zwischen der Wandung und der Kunststoffmasse oder aufgrund der Tatsache, daß die Reibung äußerst minimal ist, wird die Kunststoffmasse in dieser Abkühlvorrichtung 2 sich mit einer Geschwindigkeit bewegen, die über die gesamte Kunststoffmasse gleichmäßig ist. Dies bedeutet, daß zwischen den verschiedenen Schichten in der Kunststoffmasse in Richtung der Bewegung keine Scherung oder nur eine unbedeutende Scherung auftritt.

Die Abkühlvorrichtung 2, die direkt mit der Werkzeug-/Formgebungsvorrichtung verbunden sein muß, kann direkt mit der Bremsvorrichtung 3 verbunden sein, oder die Abkühlvorrichtung 2 und die Bremsvorrichtung 3 können eine Einheit bilden. Dies kann beispielsweise dann erreicht werden, wenn das Abkühlen der Kunststoffmasse zwischen den kontinuierlichen endlosen Stahlbändern vorgenommen wird, wobei die Stahlbänder eine niedrige Temperatur aufweisen. Durch Einstellung der Geschwindigkeit der Stahlbänder ist der Druck der Masse einstellbar.

Nachdem durch die Bremsvorrichtung 3 die Masse ausreichend verlangsamt und ein ausreichender Druck erhalten wurde, wird die Kunststoffmasse erhitzt 4, während der Druck gleichzeitig verringert wird, wodurch ein Schäumen der Kunststoffmasse ermöglicht wird.

Die Erhitzung kann kontinuierlich und direkt in Verbindung mit der Abkühlungsvorrichtung 2 und der Bremsvorrichtung 3 geschehen, beispielsweise durch erhitzte Endlosstahlbänder, oder die Erhitzung kann beispielsweise durch Erwärmung der abgekühlten Kunststoffmasse in Verbindung mit dem Transport durch ein Erhitzungstunnel mit heißer Luft erfolgen. Die abgekühlte Kunststoffmasse kann ebenfalls beispielsweise in einem Flüssigbad erhitzt werden.

Durch Erhitzung der Kunststoffmasse entweder durch die Anwendung von Außenhitze oder durch Ausgleichen der Innen- und Außentemperatur der Kunststoffmasse oder durch eine Kombination der Zufuhr von Außenhitze und eines Ausgleichs der Temperatur der Kunststoffmasse wird die Kunststoffmasse solange expandieren, bis ein Gleichgewicht zwischen den inneren Expansionskräften in der Kunststoffmasse und den Spannungen in der Kunststoffmasse erreicht ist.

Die Vorrichtung 2 zum Abkühlen der Kunststoffmasse nach dem Auslaß der Werkzeug-/Formgebungsvorrichtung mit keiner oder einer nur geringen Reibung zwischen den Grenzwandungen und der Kunststoffmasse, die Brems-/Zurückhaltevorrichtung und Erhitzungsvorrichtung können auf unterschiedliche grundlegende Weisen konstruiert sein.

Beispiele hierfür sind:

Die Abkühlvorrichtung 2, die direkt mit der Werkzeug-/Formgebungseinheit oder dem Extruder verbunden ist, kann ein statischer Kühler mit dem gleichen oder ungefähr dem gleichen Innenquerschnitt wie dem Querschnitt am Auslaß der Werkzeug-/Formgebungsvorrichtung sein. Die Wandungen im Innenquerschnitt müssen zwischen der Wandung und der Kunststoffmasse eine minimale Reibung erzeugen. Dies kann beispielsweise durch Hochglanzpolierung oder Chrombeschichtung der Innenwandungen erreicht werden. Gleichzeitig kann weiterhin ein Gleitmedium kontinuierlich zwischen den Innenwandungen der Abkühlvorrichtung und der Kunststoffmasse aufgebracht werden, um die Reibung weiter zu verringern. Die Abkühlung kann beispielsweise durch Kühlen der Kühlvorrichtung mit gehärtetem Öl in Kanälen der darin befindlichen Wandungen erreicht werden. Die Abkühlvorrichtung kann weiterhin ein Satz endloser Stahlbänder sein, die gekühlt und gegen die Kunststoffmasse gepreßt werden.

Die Brems- bzw. Verzögerungsvorrichtung 3 nach der Abkühlvorrichtung 2 kann beispielsweise aus zwei oder mehreren Rollern bestehen, die gegen das harte, abgekühlte Kunststoffmaterial drücken, oder die Bremsvorrichtung kann aus einem Satz Endlos- Stahlbänder bestehen, die gegen die Kunststoffmasse gedrückt werden können, wobei ihre Geschwindigkeit so eingestellt wird, daß der gegen die Rückseite der Kunststoffmasse gerichtete Druck kontrollierbar ist.

Die Erhitzungseinheit 4 oder die Brems-/Haltevorrichtung kann beispielsweise eine mit einer warmen Flüssigkeit gefüllte Kammer sein, wo der Druck einstellbar ist. Die Erhitzungsvorrichtung kann weiterhin ein Satz Endlosbänder sein, die erhitzt werden. Die Erhitzung der Kunststoffmasse kann weiterhin beispielsweise in einer statischen Erhitzungseinheit mit einem Innenquerschnitt durchgeführt werden, der dem Querschnitt der Kunststoffmasse nach dem Austritt aus der Bremsvorrichtung gleich oder in etwa gleich ist. Die statische Erhitzungsvorrichtung muß zwischen den Innenwandungen der Erhitzungsvorrichtung und der Kunststoffmasse eine sehr niedrige oder keine Reibung aufweisen. Die Erhitzung kann weiterhin in einer Erhitzungskammer stattfinden, wo sich das Kunststoffextrudat frei bewegt.

Es kann häufig vorteilhaft sein, die Kunststoffmasse unter ausreichend hohem Druck zu erhitzen, so daß die Kunststoffmasse in der Erhitzungseinheit selbst nicht expandiert. Es ist demnach möglich, die Kunststoffmasse wesentlich schneller zu erhitzen, da der Wärmeisolationswert der Kunststoffmasse nach Expansion dramatisch zunimmt.

Die Reibung zwischen den Innenwandungen der Erhitzungseinheit und der Kunststoffmasse sollte minimal sein, da ansonsten Schwierigkeiten bei einer optimalen Kontrolle des Drucks in der Kunststoffmasse zurück zum Extrusionswerkzeug und Extruder entstehen könnten. Weiterhin ist eine Kontrolle der Expansion wesentlich einfacher, wenn zwischen der Erhitzungseinheit und dem Kunststoff eine minimale oder keine Reibung stattfindet.

Wenn das Kunststoffextrudat unter Druck erhitzt wird, wird der Außendruck verringert, nachdem alle Teile des Extrudats auf die gewünschte Temperatur gebracht wurden, und der Kunststoff kann aufgeschäumt werden, bis ein Gleichgewicht zwischen den inneren Expansionskräften und den Spannungen im Kunststoff erreicht ist.

Wenn das Kunststoffextrudat ohne Druck erhitzt wird (beispielsweise in einem Heizrohr), wird sich der Kunststoff gleichzeitig mit der Erhitzung ausdehnen.

In dieser Anmeldung ist insbesondere ein Verfahren unter Verwendung eines Kunststoffextruders oder von Kunststoffextrudern beschrieben; jedoch könnten beliebige kontinuierliche oder halbkontinuierliche Kunststoffverarbeitungsmaschinen verwendet werden, die den Anforderungen an den Verarbeitungsgrad und den Temperatur-/Druckbedingungen genügen.

Beschreibung und Beispiele von Kunststoffzusammensetzungen und Verarbeitungsbedingungen

Wie oben ausgeführt, ist bei der Aufstellung einer Formel oder einer Rezeptur für eine Kunststoffzusammensetzung die zu verwendende Kunststoffverarbeitungsmaschine in Betracht zu ziehen, und die gewünschten Eigenschaften des Endprodukts sind zu bewerten. Das vorliegende Verfahren wurde unter Verwendung von PVC entwickelt. Als Kunststoffverarbeitungsmaschinen wurden die nachfolgenden Maschinen verwendet:

Die verschiedenen Bestandteile in der Kunststoffzusammensetzung wurden in einem herkömmlichen Heiß/Kalt-, Vertikal/Vertikal- Kunststoffmischer vermengt/vermischt. Als Homogenisator/Gelbildungsmaschine für die PVC-Mischung wurde ein Doppelschraubenextruder (110 mm Granulierungseinheit) verwendet. Als Kunststoffverarbeitungsmaschine in Verbindung mit dem Abbau des chemischen Blähmittels wurde ein Einschraubenextruder (90 mm) verwendet.

Verschiedene Werkzeug-/Formgebungseinheiten wurden verwendet, einschließlich eines Werkzeugs zur Herstellung eines ungefähr 50 mm runden Profils. Als Abkühleinheit wurde eine statische Vorrichtung verwendet, bei der die Wandungen zur gleichen Zeit abgekühlt wurden, da ein Flüssiggleiter zwischen die Innenwandungen der Abkühlvorrichtung und der Kunststoffmasse aufgebracht wurde. Als Brems-/Haltevorrichtung wurde ein System aus Endlosbändern verwendet. Die Erhitzung der Kunststoffmasse wurde in einem statischen System mit erhitzten Wandungen durchgeführt.

Bei der Entwicklungsarbeit wurden weiterhin eine Abkühl-/Brems- und Erhitzungsvorrichtung als eine Einheit auf der Grundlage kontinuierlicher Wandungen in Form eines Endlos-Stahlbandes aufgebaut.

Nachfolgend sind Beispiele von verwendeten Kunststoffzusammensetzungen beschrieben:

(Alle Zusammensetzungen basieren auf PVC-Thermoplast)

Beispiel 1

PVC (M-Typ, K-Zahl ungefähr 60) 100

Pe-Wachs 0,8

Ca-Stearat 0,4

Tribasisches Bleisulfat 10

Dibasisches Bleistearat 2

Azodicarbonamid 1

Natriumbicarbonat 15

Polymethylmethacrylat (PMMA) 12

Dioctylphthalat (DOP) 16

Beispiel 2

PVC (M-Typ, K-Zahl ungefähr 60) 100

Pe-Wachs 0,2

Calciumlaurat 0,3

Tribasisches Bleisulfat 10

Dibasisches Bleistearat 1

Azodicarbonamid 1

Natriumbicarbonat 25

Polymethylmethacrylat (PMMA) 15

Dioctylphthalat (DOP) 25

Die Formel im Beispiel 1 ergab einen PVC-Schaum mit einer Dichte von etwa 0,1 (etwa 100 kg/m³).

Die Formel im Beispiel 2 ergab einen PVC-Schaum mit einer Dichte von etwa 0,07 (etwa 70 kg/m³).

Die verschiedenen Bestandteile in den obigen Kunststoffzusammensetzungen wurden in einem Heiß/Kalt-, Vertikal/Vertikal- Hochgeschwindigkeitsmischer auf eine Temperatur von etwa 120ºC vermischt.

Nach Abkühlung wurde die Mischung in eine aus einem Doppelschraubenextruder bestehende Granuliereinheit eingeführt. Die Temperatur der Kunststoffmasse in der Granuliereinheit betrug am Auslaß etwa 130ºC. Das Granulat wurde dann einem 90 mm-Einschraubenextruder zugeführt, der auf etwa 40 D erweitert wurde.

Der Druck im Extruder unmittelbar nach dem Einfülltrichter wurde auf etwa 1200 bar erhöht. Der Druck am Auslaß der Maschine wurde auf etwa 250 bar verringert. Die Temperatur der Masse sofort nach dem Einfülltrichter wurde auf etwa 210ºC gebracht. Die Temperatur der Masse wurde am Auslaß der Maschine auf etwa 165ºC verringert. Die Temperatur der Masse am Auslaß der Expansionsvorrichtung (bestehend aus einer Abkühleinheit, einer Bremsvorrichtung und einer Erhitzungseinheit) betrug etwa 120ºC.

Unter speziellen Bedingungen würde es wünschenswert sein, den Kunststoffschaum zu vernetzen. Dies kann beispielsweise durch Verwendung von Bestrahlung, durch Verwendung von Peroxiden, Amiden, Silanen oder Isocyanaten geschehen. Aufgrund der Gefahr einer Vernetzung der Kunststoffmasse in der Kunststoffverarbeitungsmaschine kann es vorteilhaft sein, den Vernetzungsbestandteil in einer späteren Stufe in der Kunststoffverarbeitungsmaschine oder sofort nach der Kunststoffverarbeitungsmaschine in einer gesonderten Mischeinheit zuzugeben.


Anspruch[de]

Verfahren zur kontinuierlichen oder halbkontinuierlichen Herstellung von Zellkunststoffmaterial aus einer Kunststoffverbindung, die ein Treibmittel und wahlweise andere Prozeß-regulierende Substanzen und Additive enthält, bestehend aus:

a) Zuführen des rohen Materials zu einer Kunststoffverarbeitungsmaschine (1);

b) Durchkneten des rohen Materials in der Kunststoffverarbeitungsmaschine (1) unter Temperatur- und Druckbedingungen, die bei Entlastung des Drucks allein eine expandierende Kunststoffverbindung erzeugt;

dadurch gekennzeichnet,

daß zu dem Verfahren weiterhin gehören:

c) Transferieren der Kunststoffverbindung direkt in eine Kühl zone (2);

d) Kühlen der Zusammensetzung in der Kühlzone (2) zu einem kontinuierlichen Vorrat mit hoher Viskosität und Festigkeit und einem annähernd flachen Geschwindigkeitsprofil unter Druck;

e) Vorsehen des Drucks durch eine stromaufwärts gerichtete Druckkomponente, die durch eine wahlweise stufenlose Übertragung der Kunststoffverbindung in eine Verzögerungshaltezone (3) aufgebaut wird, bis der Druck in der Kunststoffverbindung in den stromaufwärts gelegenen Zonen ausreicht, eine Ausdehnung der Kunststoffverbindung zu verhindern;

f) weiteres Transferieren des Kunststoffmaterials in eine Erhitzungs-/Expansions-/Formzone (4); und

g) Beaufschlagen der Kunststoffverbindung in der Erhitzungs- /Expansions-/Formzone (4) durch Erhitzen und Druckentlasten zu einer kontrollierten Ausdehnung, um die gewünschte Dichte zu erhalten.







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