DE1729058A1

DE1729058A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Verformen von aufgeschaeumter Folie aus thermoplastischem Material,beispielsweise aufgeschaeumtem Polystyrol

Info

Publication number: DE1729058A1
Application number: DE19671729058
Authority: DE
Inventors: Thiel Alfons W
Original assignee: THIEL ALFONS W
Current assignee: THIEL ALFONS W
Priority date: 1967-04-25
Filing date: 1967-04-25
Publication date: 1972-03-09
Also published as: FR1537606A

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Verformen von aufgeschäumter Folie aus thermoplastischem Material, beispielsweise aufgeschäumtem Polystyrol Es ist bekannt, mit Schaumbildnern versetzte Kunststoffe zu Platten oder Folien zu extrudieren, so dass der Kunststoff beim m Extrudieren aufgeschäumt wird und Platten oder Folien aus auf-~ geschäumtem Kunststoff entstehen.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass beim Extrudieren von Platten oder Polien bei gleichzeitigem Aufschäumen des Kunststoffes der Schaum nicht voll entwickelt wird und dass eine auf diese Weise frisch hergestellte Folie beim Aufheizen für ein nachfolgendes Verformen um mehr als 100 % nachschäumen kann. Beispielsweise wurde festgestellt, dass eine in der oben beschriebenen Weise hergestellte Folie aus aufgeschäumtem Kunststoff von 1, 5 mm Dicke bis zu einer Dicke von 4, 5 mm aufschäumen kann. Dabei ist allerdings Bedingung, dass die Folie nicht allzu lange abgelagert ist. Versuche haben ergeben, dass eine Folie nach etwa 14 Tagen noch im wesentlichen gleiche Eigenschaften wie die frisch extrudierte Schaumstoffolie hat, also auch noch als frisch bezeichnet werden kann. Ist langer Aufbewahrungsdauer erforderlich, so erscheint es ratsam, Vorsorge zum 1Anstlichen Prischhalten der Folie hinsichtlich der Schäumungseigenschaften zu treffen.
Ausgehend von dieser Erkenntnis sollen durch die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen werden, mit der dieses ITachschäumen besonders gunstig ausgenutzt wird. Dies bedeutet, dass die Folie beim Verformen möglichst wenig zusammengepresst werden soll aber andererseits die Folie selbst sich sehr genau und gut in der Form ausformt.
Dies wird dadurch erreicht, dass die durch Extrudieren unter Aufschäumen hergestellte Folie in nachschäumfähigem Zustand zum Verformen zunächst unter Nachschäumen aufgeheizt und dann unter Fortsetzung des Nachschäumvorganges an zu beiden Seiten der Folie angeordnete Formflächen geformt wird, wobei während des Verformungsvorganges zwischen den Folienoberflächen und den Formflächen Vakuum erzeugt wird.
Das Aufheizen wird naturgemäss maximal bis zu einem Grade durchgeführt, in welchem die Stabilität der Folie und des Schaumes noch voll erhalten bleibt. Durch den beim Aufheizen vor dem Verformen erzeugten Uberdruck in den Zellen des Schaumes wird der Nachschäumvorgang eingeleitet aber durch die Beibehaltung der Stabilität der Folie auch ein beträchtlicher Uberdruck in den Zellen des Schaumes beibehalten.
Durch diesen in den Zellen des Schaumes herrschenden Überdruck wird der dann unter Fortsetzung des Nachschäumvorganges aufgrund der von der Folie beim Aufheizen aufgenommenen Wärme durchgeführten Formvorgang die heisse Schaumfolie durch ihren inneren Überdruck gegen die Formflächen geformt. Durch das während des Verformungsvorganges zwischen der Folienoberfläche und der Formfläche erzeugte Vakuum können sich die Zellen der Schaumfolie ungehindert ausdehnen, bis sich die Folie mit ihren Oberflächen dicht an die Formfläohen legt.
Hierdurch lässt sich die Schaumfolie in feine Formoberflächenteile einziehen und einpressen, ohne die Folie beim Verformen zusammenzudrücken.
Besonders zwekmässig ist es, wenn die heisse Schaumfolie bei Beginn des Verformungsvorganges in der Form geringfügig verdiclitet wird. Diese Verdichtung erfolgt jedoch nur in den Oberfläciienbereichen, die bei der Berührung mit den gekühlten Forrnflächen zuerst abkuhlen. Durch die Unterdruckwirkung des Vakuums wird dann durch den in den inneren Zellen herrschenden Überdruck das innere Gefüge der Folie eher aufgelockert als verdichtet. Han erhält dadurch verhältnismässig geschlossene glatte Oberflächen, die ausserdem wesentlich zur Versteifung des Artikels beitragen.
Als besonders günstig hat sich das Verformen in mechanischem Tiefziehverfahren mittels Matrize und Stempel erwiesen.
Um die inneren Bereiche der Folie intensiv aufzuheizen und damit gerade die im lnneren der Folien liegenden Schaumzellen unter Uberdruck zu setzen, ist es zweckmässig, das Aufheizen der Folie unter Vachechdumen mittels relativ kurzwelliger Wärmestrahlung vorzunehmen.
Zur Durchfiihrung des verfahrens nach der Erfindung eignet sich insbesondere eine Vorrichtung, bei der die Folie schrittweise durch eine Heizeinrichtung, vorzugsweise eine auf beide folieseiten wirkende Wärmestrahlungs-Heizeinrichtung, zu einer unmittelbar daneben angeordneten Verformungseinrichtung getührt wird. Gemäss der Erfindung trait die in bekannter Weise mit einer Matrize und einem in diesen bewegbaren Tiefziehstempel ausgebildete Verformungseinrichtung am Formrand mit der zu verformenden'olie zusammenwirkende Dichtungselemente, und es ist mindestens einer der gormwerkzeugteile, d. h. die Piatrize und bzw. oder der Tiefziehetempel mit auf die Formoberfläche führenden VakuumkanElen versehen und an eine Vakuumeinrichtung angeschlossen.
Besonders zweckmässig ist es dabes wenn die beiden Formwerkzeugteile mittels einer arretiervorrichtung in Schlieestellung der Form in vorher bestimmtes gegenseitigen Abstand gehalten sind, der geringfUgig kleiner als die Dicke der in der Heizeinrichtung nachgeschäumten Folie ist.
Im Rahmen der Erfindung kann am Formstempel und bzw. oder der Matrize ein ringsum laufendert die eigentliche Form umgebender Mulst angebracht sein, der zugleich das Dichtungselement als auch die Arretiervorrichtung bildet.
Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung eignen sich besonders zur Herstellung von leichten, beispielsweise als Verpackung benutzbaren Behältern, von Tellern, Schalen, Tabletts und dergleichen. Diese Schaumstoffartikel sollen dabei aber verhältnismässig geringe Wanddicke haben. Die Erfindung hat besondere Bedeutung für die Herstellung solcher Artikel, die sich wegen ihrer geringen Wanddicke nicht in den herkömmlichen Verfahren herstellen lassen, bei denen das Aufschäumen des Materials in der Form erfolgt.
Ein Ausführungsbeispiel wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen : i'ig. 1 schematisch eine Vorrichtung nach der Erfindung im Längsschnitt und Fig. z schematisch einen Schnitt durch das geschlossene Formwerkzeug.
Die Zeichnung bezieht sich auf ein Ausführungsbeispiel zur Herstellullg von schalenartigen dunnwandigen Behältern aus aufgeschäumten Polystyrol.
Hierzu wird zunächat in einer herkömmlichen, in der Zeichnung nicht gezeigten Extrudiervorrichtung, beispielsweise einem Breitschlitzextruder, eine aufgeschäumte Folie 1 hergestellt und auf eine Rolle 2 gewickelt. Das mit Ublichem Aufachäummittel versetzte Polystyrol wird in der Bxtrudiervorriehtung aufgeschäumt, jedoch wird während des Extrudiervorganges dieser Aufschäumvorgang nicht voll zu Ende geführt, so dass unverbrauchtes Aufachäummittel erhalten bleibt. Beim Extrudieren wird die Dicke der Folie 1 auf 1,5 mm eingestellt. Art und Menge des Schäummittels werden so eingestellt, dass die friche Folie nach dem Extrudieren unter Wärmeeinwirkung so, dase sie ihre Stabilität noch behält, bis auf eine Dicke von 4, 5 me (300%) aufschäumt.
Die eo hergestellte frische Folie (weniger als 14 Tage alt) wird unter Einhaltung der folgenden VerfahrensmaBnahmen in der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung verarbeitet : Von der Rolle 2 wird die Schaumfolie 1 durch die Transporteinrichtung 3 schrittweise durch die in Fig. 1 gezeigte Vomichtung geführt. Ein Transportschritt entspricht dabei im wesentlichen der Lange der Heizvorrichtung 4 bzw. der Länge der Formvorrichtung 5.
Die Heizeinrichtung 4 besteht im dargestellten Beispiel aus zwei Strahlungsheizern 6 und 7, von denen einer oberhalb und einer unterhalb der Folie 1 angeordnet ist. Der untere Strahlungsheizer 6 enthilt parallel zueiander und quer zur Wanderrichtung der Folie 1 angeordnete Strahlungeheizrohre 8, wthrend der obere Strahlungsheizer 7 die Heizrohre 8 parallel zueinmander, jedoch in Wanderrichtung der Folie 1 angeordnet enthält.
Die Verweilzeit der Folie zwischen den Strahlungsheizern 6 und 7 entspricht dem Arbeitstakt der Ischine der wesentlich durch die Arbeitsgeschwindigkeit der Verformungsvorrichtung 5 bestimmt ist. Während der Verweilzeit der Folie 1 zwischen den Strahlungsheizern 6 und 7 wird die Schaumfolie 1 von beiden Seiten her durch Wärmestrahlung aufgeheizt. Es sollen dabei Verhältnismassig kurzwellige WErmeatrahlen benutzt werden, um die Folie auch in ihrem mittleren Bereich gut aufzuheizen. Durch Einstellung des Abstandes der W§rmestrahler 6 und 7 von der Folie 1 im Sinne der Doppelpfeile 9 lässt sich die auf die Folie wirksame Intensität einstellen. Die gewunschte Intensitätsverteilung auf den Folienflächen wird durch seitliches Verschieben der Röhren 8 innerhalb der Heizer 6 und 7 eingestellt. Das Aufheizen erfolgt in solchem Naße, dass die Folie 1 unter voller Beibehaltung ihrer Stabilität bis auf eine Dicke von etwa 4 mm nachschEust. Die so nachgeschOumte Folie wird mit dem nächsten Vorschubschritt in den Bereich der Verformungsvorrichtung 5 gefordert.
Die Verformungsvorrichtung 5 besteht aus einer Formmatrize 10 und einem Formstempel 11, der im Sinne des Doppelpfeiles 12 aufwärts und abwärts bewegbar ist derart, dass er als Tiefziehstempel in die Höhlungen der Matrize 10 hinein bewegbar ist. Am Rand des eigentlichen Formbereiches trCgt der Stempel 11 eine ringsum laufende Abdichtungaleiste 13 die sich auf die Oberseite der Schaumfolie 1 aufsetzt und sich in diese hineindrAcktb so dass die Leiste 13 im wesentlichen den inneren Abstand zwischencbn Formflächen des Stempels 11 und der Matrize 10 einstellt. Die Einstellung ist dabei so getroffen, dass der Formflächenabstand 558 mm betrigt, so dass die auf 4 mm nachgeschäumte Folie 1 beim Tiefziehen in der Verformungavorrichtung 5 geringfügig zusammengedrückt wird. Im Inneren des Formstempels 11 und der Matrize 10 sind Rohre oder Bohrungen 14 angebracht, durch die ein Kühlmittel geführt wird, um die Formflächen verhältnismassig stark abzukühlen, so dass die Oberflächen der Folie 1 in BerUhrung mit den Formflächen verhEltnismassig schnell abgekühlt und verfestigt werden. Im unteren Teil der Matrize 10 ist ein Vakuumraum 15 angebracht, der tuber die Leitung 16 mit einer Vakuumpumpe oder dergleichen in Verbindung ateht. Vom Vakuumraum 15 erstrecken sich Vakuumkanäle 17 in die Formhohlräume, so dass bei zusammengeführten und durch die Dichtungsleiste 13 ringsum abgedichten Formwerkzeugen 10 und 11 an der Unterseite der Folie Vakuum erzeugt wird.
Desgleichen ist auch der Tiefziehstempel 11 mit einem Vakuumraum 18 versehen, der über die Leitung 19 mit einer Vakuumpumpe oder dergleichen in Verbindung steht. Vom Vakuumraum 18 erstrecken sich Vakuumkanäle 19 an die Oberfläche der eigentlichen Stempelelemente, um auch an der Oberseite der in dem in der geschlossenen Form 10, 11 eingeschlossenen Folie ein Vakuun zu erzeugen. Auf diese Weise wird der beim Aufheizen der Folie 1 in den Schaumzellen insbesondere im Inneren der Folie erzeugte Uberdruck ausgenutzt, um die Folie intensiv an die Formflächen zu pressen und an den Aussenflächen der Folie höhere Werkstoffdichte als im Inneren zu schaffen und dadurch die erzeugten Produkte zu verateifen und zu stabilisieren. fl'ig. 2 zeigt ein Schema des geschlossenen Formwerkzeuges. Es sind hier wiederum die Matrize 10 mit den Vakuumkanälen 17 und den Kühlmittelleitungen bzw. Kühlmittelbohrungen 14 erkennbar. Der i'ormstempel 11 hat wiederum die ringsum laufende Abdichtungs-und Arretierleiste 1 ferner die Kühlmittelbohrungen 14 und die Vakuumkanäle 19.
Alle in der Beschreibung, der Zeichnung imd den Patentansprüchen wiedergegebenen Merkmale des Anmeldungsgegenstandes können für sich allein oder in jeder denkbaren Kombination von wesentlicher Bedeutung fUr die Erfindung sein.

Claims

Patentanspriiche 1.) Verfahren zum Verformen von aufgeschffunter Folie aus thermoplastischem Material, beispielsweise aufgeschäumtem Polystyrol, dadurch gekennzeichnet, dass die durch Extrudieren unter Aufschäumen hergestellte Folie in nachschEumSähigem Zustand zum Verformen zunächst unter Nachschäumen aufgeheizt und dann unter Fortsetzung des Nachschäumvorganges an zu beiden Seiten der Folie angeordnete Formflächen geformt wird, wobei während des Verformungsvorganges zwischen den Folienoberflächen und den Formfldchen Vakuum erzeugt wird.
2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie beim Aufheizen zunächst Uber das gewünschte Ma# hinaus nachgeschäumt und beim Verformen unter Fortsetzung des NachschAumvorgangs geringfUgig zusammengepreast wird.
3.) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verformen in mechanischem Tiefziehverfahren mittels Matrize und Stempel erfolgt.
4.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufheizen der Folie unter NachschEumen mittels relativ kurzwelliger Wärmestrahlung erfolgt.
5.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie beim Extrudieren zunächst auf etwa 200 IIachschäumfähigkeit (von 1, 5 auf 4, 5 mm Dicke) eingestellt und in frischem Zustand zum Verformen aufgeheizt und dabei um etwa 165 % (von 0, 5 auf 4 mm Dicke) nachgeschäumt und beim anschliessenden Verformen wieder auf eine Dickenzunalii. gegenüber dem ursprünglichen Folienzustand um etwa 150 % (von 1, 5 auf 3, 8 mm Dicke) zusammengepresst wird.
6.) Vorrichtung zur DuchfUhrung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Folie schrittweise durch eine Heizeinrichtung, vorzugsweise eine auf beide Folienseiten wirkende Wärmestrahlungs-Heizeinrichtung, zu einer unmittelbar daneben angeordneten Yerformungseinrichtung geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die in bekannter Weise mit einer Matrize (10) und einem in diese bewegbaren Tiefziehstempel (11) ausgebildete Verformungseinrichtung (5) am Formrand mit der zu verformenden Folie (1) zusammenwirkende Dichtungselemente (13) trägt und dass mindestens einer der Formwerkzeugteile, d. h. die Matrize (10) und bzw. oder der Tiefziehstempel (11) mit auf die Formoberfläche führenden Vakuunkanälen (17, 19) versehen und an eine Vakuumeinrichtung angeschlossen ist.
7.) Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Formwerkzeugteile (10, 11) mittels einer Arretiervorrichtung (13) in Schliesstellung der Form in vorherbestimmtem gegenseitigen Abstand (20) gehalten sind, der geringfügig kleiner als die Dicke der in der Heizeinrichtung (4) nachgeschäumten Folie (1) ist.
8.) Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass am Formstempel (11) und bzW. oder der Matrize (10) ein ringsumlaufender, die eigentliche Form umgebender Wulst (13) angebracht ist, der zugleich das Abdichtungselement und die Arretiervorrichtung bildet.