DE1261660B - Verfahren zur Herstellung von Schaumkunststofferzeugnissen durch Strangverpressen von blaehmittelhaltigem, thermoplastischem Material - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung von Schaumkunststofferzeugnissen durch Strangverpressen von blähmittelhaltigem, thermoplastischem Material Die Erfindung bezieht sieh auf ein Verfahren zur Herstellung von Schaumkunststofferzeugnissen durch kontinuierliches Strangverpressen einer wärmeplastifizierten Mischung aus thermoplastischem Material, insbesondere Polystyrol, vergasbarem Blähmittel und Porenreglersubstanz, bei dem man zunächst durch Wärme- und Druckeinwirkung eine fließfähige Vormischung aus thermoplastischem Material und Porenreglersubstanz herstellt, diese Vorniischung mit dem Blähmittel vermischt und die Gesamtmischung abgekühlt unter Temperatur- und Druckverhältnissen, bei denen sie fließfähig ist und das Blähmittel nicht vergast, in die Strangpreßdüse einspeist und nach dem Austritt aus ihr in einer Zone niedrigen oder atmosphärischen Druckes aufschäumt.
• Es ist ein ohne Porenreglersubstanz arbeitendes Verfahren bekannt, bei dem als Endprodukt zwar ebenfalls ein Schaumkunststoff entsteht, das aber vor allem wegen der Verwendung eines gasförmigen Blähmittels einen Spezialmischer, nämlich eine Doppelschneckenpresse, sowie eine umfangreiche Gasspeicher- und -zumeßapparatur erfordert. Es gewährleistet außerdem nicht die Ausbildung von größeneinheitlichen, geschlossenen Zellen in dem Kunststoffprodukt. Da bei diesem Verfahren sowie einem ähnlichen Verfahren vor Austritt aus der Strangpresse das Gemisch abgekühlt und demzufolge der Druck gesenkt wird, sind teure und umständliche Schraubenpumpen bzw. spezielle Mischvorrichtungen erforderlich, um jegliche Druckerhöhung vor Austritt des Gemisches aus der Düse zu vermeiden. überdies ergibt ein derartiges Verfahren nur dicke Stangen, Stäbe oder Barren; zur Herstellung dünner, glattflächiger Kunstschaumstreifen mit brauchbarer Orientierung ist es wegen der Verwendung von unter Normalbedingungen gasförmigen Blähmitteln, welche nur Produkte mit rauher Oberfläche und aufgeweiteten Zellen zulassen, nicht geeignet.
• Man kennt auch noch ein Verfahren zur Herstellung eines festen Polymerprodukts, das kein Zellengefüge besitzt, sondern lediglich infolge seines Gehalts an gelöstem Blähmittel die latente Eigenschaft aufweist, sich bei geeigneter Aufarbeitung, nämlich Wiederverflüssigung unter Druck, Zugabe von Porenreglersubstanz und Auspressen aus einer Düse in eine Zone niedrigeren, z. B. atmosphärischen Drucks, in eine Schaummasse umzuwandeln. Dieses Verfahren liefert demnach nur ein Zwischenprodukt, das einem zusätzlichen Arbeitsprozeß unterworfen werden muß, und liegt der Verfahrenskategorie, der das Verfahren gemäß der Erfindung angehört, infolgedessen ferner. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nunmehr darin, ein Verfahren des eingangs erwähnten Typs zu schaffen, welches einerseits eine praktisch verlustfreie und infolgedessen gefahrenlose Verarbeitung von normalerweise flüssigem Blähmittel, beispielsweise Pentan, und andererseits die Herstellung von Schaumkunststoffprodukten mit verbesserten Struktureigenschaften gewährleistet. Außerdem soll das Verfahren in einer vergleichsweise einfachen Vorrichtung durchführbar sein.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, dessen Besonderheit darin besteht, daß man die Vormischung vor der Blähmittelzugabe unter niedrigeren Druck und die abgekühlte Gesamtmischung vor Austritt aus der Düse unter erhöhten Druck setzt.
• Die Druckminderung vor der Blähmittelzugabe schließt aus, daß Blähmitteldämpfe entgegen der Materialförderrichtung nach dem Einfülltrichter hin und dort zusammen mit eingeschleppter Luft entweichen. Das Verfahren gemäß der Erfindung verhindert aber auch, daß beim Strangpreßvorgang selbst Blähmitteldämpfe in nennenswertem Maß auftreten. Dadurch, daß die Dampfbläschen erst durch Entspannung an der Düsenöffnung gebildet worden, wird durch die Strangverpressung ein Schaumkunststoffprodukt gebildet, welches je nach Düsenquerschnitt als Strang oder Folie anfällt und mit unzähligen, in sich geschlossenen Poren durchsetzt ist, die mit Blähmitteldampf gefüllt und in ihrer Größe durch an sich bekannte Zusätze einregelbar sind. Das mit der Schmelzmasse aus der Düse austretende Blähmittel bleibt de rimach praktisch vollständig in dem Schaumprodukt zurück und diffundiert im Laufe der Zeit nur ganz allmählich durch die praktisch gasundurchlässigen, inneren Zellwände hindurch, wobei ein partieller Austausch gegen Außenluft stattfindet. Mit .diesen Vorgängen nach Produktaustritt- .aus .der Düse beschäftigt sich die Erfindung nicht. Die Blähmittelabwanderung nach draußen erfolgt jedoch so unendlich langsam, beispielsweise im Laufe von Monaten, daß explosionsauslösende Konzentrationen davon - selbst .an der Produktgrenzfläche - niemals auftreten können.
• Ein weiterer Vorteil des Verfahrens gemäß der Erfindung besteht darin, daß man überraschenderweise Schaumkunststoffprodukte mit kleinen Poren einheitlicher Größe, glatter Oberfläche und verbesserten mechanischen Eigenschaften, wie Biege- und Zugfestigkeit sowie Widerstandsfähigkeit erhält, welche sich auf Grund dieser ausgezeichneten Struktur- und mechanischen Eigenschaften zur Herstellung von Schaumstoffstreifen eignen. Brauchbare, dünne Schaumstoffstreifen stellen auch erhöhte Anforderungen. an. den Orientierungsgrad, welche durch das Verfahren gemäß der Erfindung gleichfalls erfüllt werden. Möglicherweise ist die Unmöglichkeit, Schaumstreifen von der gleichförmigen Qüälität des Erfindungsproduktes nach den diskutierten bekannten Verfahren, d. h. mit normalerweise gasförmigem Blähmittel und Druckminderung vor der --Düsenöffnung, zu erzielen, - dadurch zu erklären, daß. die Expansionsabkühlung des Blähgases ein überschnelles Erstarren des schaumbildenden Feststoffs ohne inneren Strukturausgleich hervorruft.-Schließlich ist das vorliegende Verfäliren auch insofern fortschrittlich, als es in einer vergleichsweise einfachen Vorrichtung, nämlich einer gewöhnlichen Schneckenpresse, durchführbar ist.'- -. .
• Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung lassen sich :beliebige strangverpreßbare, thermoplastische Materialien bekannter -Art, vorzugsweise aber Polystyrol oder -Polymere anderer aromatischer Monovinylverbindungen oder Halogenderivate= davon verarbeiten. Als niedrigsiedende, normalerweise flüssige Substanzen sind die hierfür bekannten verwendbar, zu: denen unter anderem die zwischen 26 und 94° C siedenden aliphatischen Kohlenwasserstoffe, beispielsweise Pentan oder Hexaü, gehören. Zu den porengrößeregelnden Zusätzen gehören die: Carbonate und Bicarbonate, z. B. des Natriums, im Gemisch mit einer organischen Säu-e,-wie Zitronensäure; -öder mit BöYSäure, sowie kristalline,- anorganische Verbindungen, z. B. Pigmente, die der Fachwelt als. Sogernannte Keimbildner bekannt sind.
• -- Die Einzelheiten des Verfahrens gemäß der Erfindüng ergäben sich aus der nachfolgenden Schilderung von zur Verfahrensdurchführung geeigneten Vorrichtungen, welche an' Hand der Zeichnungen nähererläutert werden. Es zeigt' --- Fig. -1 einen Längsschnitt durch eint zur.Erfindungsdurchführung' geeignete Apparatur, . -Fi g. 2 einen Teillängsschnitt 'durch eine abgewandelte Ausführungsform der Misch- und Kühlzone der Apparatur nach Fig. 1 und Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine weitere erfindungsgemäß verwendbare Apparatur.
• Fig. 1 zeigt im Längsschnitt eine Strangpresse, die eine Eingabe- und Entlüftungszone 1, eine wärmeplastifizierende Zone 2, eine Einspritzzone 3, eine Misch- und Kühlzone 4 und eine Strangpreßzone 5 aufweist. Die Strangpresse besteht im allgemeinen aus einem Zylinder 6 mit darin befindlicher Förderschnecke 7, die einfüllseitig_ in einem Lager 8 ruht und über einen schematisch dargestellten Antrieb 9 gedreht wird, und einem dem Zylinder auf der lagerfernen Seite vorgesetzten Spritzkopf 10. Am lagerseitigen Zylinderende ist ein Einfülltrichter 11 und in der Zylindermitte ein Einspritzrohr 12 angebracht. Der zwischen Einfülltrichter und Einspritzrohr befindliche Zylinderabschnitt ist mit elektrischen Heizbändern 13 und der zwischen Einspritzrohr und Spritzkopf befindliche Zylinderabschnitt ist mit einem Mantel 14 nebst Zu- und Ablaufrohren 15 für ein temperaturregelndes Fluidum umgeben. Im Betrieb werden thermoplastisches Material und die Porengröße regelnder Zusatz in den Einfülltrichter 11 eingegeben, die Heizbänder 13 eingeschaltet, der Mantel 14 wird mit erwärmtem Fluidum beschickt und der Antrieb 9 eingerückt, damit die Förderschnecke die eingegebenen Materialien im Zylinder vorschiebt. In der wärmeplastifizierenden Zone 2 wird das thermoplastische Material durch die von den Heizbändern 13 gelieferte Wärme auf gewünschte Temperatur erhitzt und periodisch mit den die Porengröße regeln= den. Zusätzen vermischt, so daß 'in die Einspritzzone 3 eine homogene, plastische Schmelze gewünschter Temperatur eingegeben wird. Während ihres Durchgangs durch die Eingabe- und- Entlüftungszone 1 und die plastifizierende Zone 2 wird die Mischung durch die verdichtende und vorschiebende Einwirkung der Schnecke 7- von Luft-und sonstigen, flüchtigen Stoffen befreit, die nach dem Eirifülltrichter hin und aus ihm heraus entweichen.
• Die ' homogene Schmelze aus' thermoplastischem Material und Zusätzen wird beim-Eintritt in die Einspritzzbue dadurch etwas druckentlastet, daß der Kerndurchmesser -der -Schnecke hier. schwächer ist. Durch das- Einspritzrohr 12 wird -'eine . niedrigsiedende, normalerweise flüssige - Substanz unter Druck -und in vorbestimmter Menge: in den Zylin@ der 6 eingegeben. Um ein Rückwärtsströmen dieser Substanz in die wärmeplastifizierende Zone.2 und/ oder Eingabe- und Entlüftungszone 1 und' damit Un:-regelmäßigkeiten :in der Zufuhr-zu vermeiden, wird zweckmäßigerweise -bei Betriebsbeginn und vor-Zumessurig der normalerweise flüssigen Substanz die Mischung aus thermoplastischen Material und porengrößeregelnden Zusätzen bis in die Misch- und Kühjzone 4 und womöglich noch weiter vorgeschoben. Außerdem -wird vorzugsweise bei Betriebsbeginn das eingegebene Material in der Miseh-m und Kühlzone-4 dadurch im Schmelzzustand gehalten; daß der Mantelraum 14 mit heißem Fluidum beschickt wird. Irn allgemeinen schäumt bei Betriebsbeginn -,das thermdplastische Material meist - schon in dieser Zone 4, also vor der Strangverpressung, auf -und liefert dadurch ein minder gutes Strangpreßprodukt: So',bald--das._thermoplaetischc Material aber den Zy- linder frei durchfließt, wird Kühlmittel :durch --den Mantelraum 14 geschickt, um das Material zu kühlen und dadurch am Aufschäumen vor Austritt aus dem Spritzkopf 10 zu hindern. Zu -diesem Zweck werden Temperatur und Druck in der Zone 4 sowie Eingabegeschwindigkeit und Konzentration der normalerweise flüssigen Substanz in geeigneter Weise aufeinander abgestimmt. Die Abkühlung darf nicht so weit gehen, daß etwa die Produktionsgeschwindigkeit ernsthaft absinkt oder im Zylinder 6 und im Spritzkopf 10 übermäßige, die Anlage beschädigende Drücke entstehen. Die Misch- und Kühlzone 4 besitzt eine solche Länge, daß thermoplastisches Material, porengrößeregelnde Zusätze und niedrigsiedende, normalerweise. flüssige Substanz homogen vermischt werden und diese Mischung gleichzeitig so weit abgekühlt wird, daß im Zylinder 6 oder im Spritzkopf 10 kein Aufschäumen eintritt.
• Um die Misch- und Kühlleistung der Zone 4 zu verbessern, kann der in diesem Gebiet befindliche Abschnitt der Schnecke 7 in der Weise verschieden geformt sein, daß ihr Kerndurchmesser ein- oder mehreremal wechselt und dadurch Druckschwankungen in der diese Zone passierenden thermoplastischen Mischung erzeugt werden. Dies zeigt Fig. 2, in der der Kerndurchmesser der Schnecke in der Zone 4 zunächst zunimmt, danach abnimmt und schließlich vor Ablieferung der thermoplastischen Mischung an den Spritzkopf 10 nochmals stärker wird. Die so erzeugten Druckschwankungen erhöhen den Mischeffekt dieser Zone 4.
• In Fig. 3 ist eine andere Ausführungsform einer Strangpreßanlage dargestellt, die bezüglich Raumersparnis und besserer Antriebs- und Kühlmittel Vorteile bietet. Diese Anlage eignet sich vor allem für hohe Durchsatzleistung, die bei Anlagen mit nur einer Förderschnecke wegen ihrer übermäßigen Torsionsbelastungen nicht erreichbar wäre. Gemäß F i g. 3 sind zwei Zylinder 16 und 17 vorgesehen, die durch ein Kniestück 18 verbunden sind, das sich in Axialrichtung an das Abgabeende des ersten Zylinders 16 anschließt und seitlich und oben in das Einlaßende des zweiten Zylinders 17 einmündet. Die erste Förderschnecke 19 im ersten Zylinder ruht einseitig in einem Lager 20 und wird von einem Motor 21 angetrieben. Auf dieser Lagerseite ist auch der Eingabetrichter 22 vorgesehen. An einem Zwischenpunkt längs des ersten Zylinders 16 ist ein bis ins Zylinderinnere reichendes Einspritzrohr 23 angesetzt. Vom Trichter 22 über das Einspritzrohr 23 hinweg bis zum Abgabeende hin ist der erste Zylinder 16 mit elektrischen Heizbändern 24 umgeben. Um den hohen Druck zu schaffen, der zum Durchpressen des thermoplastischen Materials durch das Kniestück 18 hindurch und in den zweiten Zylinder 17 hinein erforderlich ist, kann das Abgabeende der Schnecke 19 einen stärkeren Kerndurchmesser besitzen.
• Der zweite Zylinder 17 ist mit einem Mantel 25 nebst Ein- und Auslässen 26 für umlaufendes, temperaturregelndes Fluidum versehen. Am Abgabeende dieses zweiten Zylinders sitzt ein Spritzkopf 27, und im Zylinderinneren befindet sich eine zweite Förderschnecke 28, die am spritzkopffernen Ende einseitig in einem Lager 29 ruht und von der Antriebsvorrichtung 30 angetrieben wird. Sie ist mit Kanälen 31 für Kühlmittelzirkulation versehen. In ihrer Gewalt entspricht sie praktisch dem Schneckenabschnitt in der Misch- und Kühlzone 4 gemäß Fig. 1, kann aber auch gemäß F i g. 2 ausgebildet sein.
• Die Strangpreßanlage gemäß F i g. 3 arbeitet im allgemeinen ebenso wie die in F i g. 1 dargestellte. Ersichtlicherweise werden aber die beiden Förderschnecken 19 und 28 gesondert voneinander angetrieben und erleiden daher keine übermäßigen Torsionsbeanspruchungen. Außerdem sind zwecks Erzielung wirksamer Kühlung noch zusätzliche Kühlmittel, nämlich die Kanäle 31 in der zweiten Förderschnecke 28, vorgesehen. Um die Drehzahlen der beiden Förderschnecken 19 und 28 aufeinander abzustimmen, ist ein Druckmesser P am Kniestück 18 angebracht. Dadurch lassen sich im System übermäßige Drücke, beispielsweise bei zu schnell umlaufender, erster Förderschnecke, vermeiden. An Stelle des Druckmessers kann auch ein druckabhängiger Grenzschalter vorgesehen werden, durch den die Drehzahl des Motors 21 und der Schnecke 19 und dadurch wiederum der Abgabedruck nach dem zweiten Zylinder 17 hin erhöht oder vermindert wird. Eine geeignete Anordnung dieser Art würde aus zwei druckgesteuerten Mikroschaltern bestehen, von denen der eine bei Erreichen der unteren und der andere bei Erreichen der oberen Druckgrenze betätigt würde. Diese Mikroschalter würden dann ein Vierwegeventil derart steuern, daß der Kolben eines Druckluftzylinders entweder in der einen oder in der anderen Richtung verlagert würde. Der Kolben ist mit Verstellriemenscheiben verbunden, die den Motor mit der Förderschnecke 28 verbinden, wodurch die Riemenscheibenübersetzung geändert und damit die Drehzahl der Förderschnecke erhöht oder herabgesetzt wird.
• Als günstige Betriebstemperaturen haben sich Temperaturen zwischen 177 und 273° C in der wärmeplastifizierenden Zone, zwischen 93 und 149° C und vorzugsweise zwischen 107 und 135° C in der Misch- und Kühlzone und unter 163° C bei der Strangverpressung erwiesen.

Claims (1)

1. Patentanspruch:, Verfahren zur Herstellung von Schaumkunststofferzeugnissen durch kontinuierliches Strangverpressen einer wärmeplastifizierten Mischung aus thermoplastischem Material, insbesondere Polystyrol, vergasbarem Blähmittel und Porenreglersubstanz, bei dem man zunächst durch Wärme- und Druckeinwirkung eine fließfähige Vormischung aus thermoplastischem Material und Porenreglersubstanz herstellt, diese Vormischung mit dem Blähmittel vermischt und die Gesamtmischung abgekühlt unter Temperatur-und Druckverhältnissen, bei denen sie fließfähig ist und das Blähmittel nicht vergast, in die Strangpreßdüse einspeist und nach dem Austritt aus ihr in einer Zone niedrigen oder atmosphärischen Druckes aufschäumt, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß man die Vormischung vor der Blähmittelzugabe unter niedrigen Druck und die abgekühlte Gesamtmischung vor Austritt aus der Düse unter erhöhten Druck setzt. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschriften Nr. 1081583, 1089 319, 1215 410.