DE1200515B

DE1200515B - Verfahren zur Herstellung von Schaumkunststoff-Formkoerpern

Info

Publication number: DE1200515B
Application number: DEF21142A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Peter Hoppe; Dr Hans-Willi Paffrath; Dr Erwin Weinbrenner; Karl Breer
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1956-08-31
Filing date: 1956-08-31
Publication date: 1965-09-09
Also published as: US3052927A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

B29d

Deutsche KL: 39 a3-27/00

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

1200515
F21142X/39a3 31. August 1956 9. September 1965

Verfahren zur Herstellung von Schaumkunststoff-Formkörpern

Anmelder:

Farbenfabriken Bayer Aktiengesellschaft, Leverkusen

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Peter Hoppe, Troisdorf; Dr. Hans-Willi Paffrath, Köln-Stammheim; Dr. Erwin Weinbrenner, Opladen; Karl Breer, Köln-Flittard

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schaumkunststoff-Formkörpern, bei dem ein treibfähiges, flüssiges Reaktionsgemisch in eine rotierende Form durch eine in das Forminnere hineinragende Mischvorrichtung eingebracht wird. Nach diesem bekannten Verfahren werden Schaumkunststoff-Formkörper von homogener Dichte hergestellt.

Es ist auch bekannt, Kunststoff-Formkörper von unterschiedlicher Dichte im Schleudergußverfahren herzustellen durch Einbringung von Füllstoffen, insbesondere von solchen höheren spezifischen Gewichtes. Dichteunterschiede in feinsten Abstufungen können jedoch nicht erzielt werden.

Es ist auch bekannt, die Eintragsvorrichtung gleichzeitig als Mischvorrichtung zur Herstellung eines in Menge und stofflicher Zusammensetzung veränderbaren Reaktionsgemisches auszubilden und damit

eine Variation des Raumgewichts der Formkörper zu

bewirken, ohne daß Füllstoffe zugesetzt zu werden

brauchen. Aber auch bei diesem Verfahren können in ao 2

den erzeugten Schaumstoffkörpern keine feinstufigen

Dichteunterschiede erzeugt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich zur Er-

Es wurde nun gefunden, daß in den Schaumstoff- zeugung von Formkörpern aus den verschiedensten körpern Dichteunterschiede in feinsten Abstufungen Kunststoffen verwenden. Es ist insbesondere geeignet erhalten werden können, wenn erfindungsgemäß 25 für starre, halbstarre oder elastische, Urethangruppen während des Eintragens des Reaktionsgemisches das enthaltende Schaumstoffe, die in bekannter Weise bei Mengenverhältnis der Reaktionskomponenten gleich- Raumtemperatur oder unter Zuführung von Wärme, zeitig mit der Rotationsgeschwindigkeit der Form ver- etwa Heißluft, Strahlungsheizung oder beheizbaren ändert wird. Es wird also die Dichteabstufung nicht Formen aus flüssigen, schaumfähigen Reaktionsgenur durch die Rezepturveränderung, sondern auch 30 mischen erzeugt werden. Ebenso geeignet sind heiß zu besonders durch die gleichzeitige Veränderung des verarbeitende flüssige Reaktionsgemische aus PoIy-Fliehkraftdruckes vorgenommen, da die Belastung auf oxyverbindungen und Polyisocyanaten, die unter Zudie durch Reaktion entstehenden Gasblasen des auf- satz von Treibmitteln zu einem Urethangruppen enttreibenden Gemisches während des Schleudergußvor- haltenden Schaumstoff expandiert werden. Auch gangesinradialerRichtungderFormverschiedengroßist. 35 flüssige, treibfähige Kaltgemische säurehärtender Kon-

Die Wirkung dieser in Kombination gleichzeitig densationsprodukte lassen sich für das vorliegende miteinander durchgeführten Maßnahmen ist über- Verfahren einsetzen, 'die — falls gewünscht — auch raschend, denn es können nunmehr feinste Dichteab- erhöhter Temperatur unterworfen werden können,
stuf ungen in den zu erzeugenden Kunststoffkörpern Schließlich kann man auch Acetylcellulose, PoIy-

erreicht werden, die mit der Rezepturveränderung 40 vinylchlorid, Siliconharze, Polyesterharze, Polystyrol allein bisher unmöglich waren. oder Polyäthylen-Kunststoffe oder Kunststoff-Vor-

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können produkte, die bei höheren Temperaturen flüssige vorteilhaft Formkörper aller Art, wie Vollschalen, Konsistenz annehmen, nach dem erfindungsgemäßen Halbschalen, Zylinder, gekrümmte Platten, teilweise Verfahren verarbeiten. Sollen diese zu Schaumstoffen oder ganz ausgeschäumte Körper mit eckigen, welligen 45 verarbeitet werden, so wird man Treibmittel zusetzen oder ovalen Außenkonturen hergestellt werden, die und während der Rotation zu Ende polymerisieren

eine über den Querschnitt feinstufig unterschiedliche Dichte haben, in dem Sinne, daß ihre Außenhaut verstärkt ist. Wegen der damit erzielten höheren Belastbarkeit auf Biegung, Druck oder Zug können diese Körper große Abmessungen von beispielsweise 12 bis 15 m erhalten.

bzw. vernetzen und gleichzeitig expandieren lassen. Sie können, wenn erforderlich, nach dem Auftreiben einer Kühlung unterworfen werden.

Es können auch in die Rotationsvorrichtung zusätzlich treibfähige Rohfelle aus Polyvinylchlorid, Polyäthylen, Acetylcellulose, Siliconkautschuken oder

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Polyurethanen eingelegt werden, welche nach Beginn des Rotierens unter Zuführung von Wärme bei etwa 150 bis 200⁰C vulkanisiert, polymerisiert oder vernetzt werden. Auch hier kann man den Schaumprozeß je nach Art des verwendeten Kunststoffes einer Kühlung unterwerfen.

In allen oben beschriebenen Anwendungsmöglichkeiten des Schaumrotationsverfahrens erfolgt eine Abstufung der Schaumstoffdichte, d. h. hohes Raumgewicht an der Außenseite des Schaumkörpers, niedriges Raumgewicht im Kern des Schaumkörpers. Die Dichte kann z. B. außen 1,0 g/cm³ und innen 0,01 g/cm³ betragen. Es ist in Abhängigkeit vom Mengenverhältnis des einzutragenden treibfähigen Reaktionsgemisches und der Umfangsgeschwindigkeit der Rotationsvorrichtung möglich, die Dichte des Schaumstoffkörpers zwischen 0,01 und 0,1 g/cm³ oder 0,1 und 0,3 g/cm³ oder 0,1 und 0,6 g/cm³ usw. zu variieren. Die größte Dichtenvariation ist vor allem mit flüssig eingetragenen Reaktionsgemischen möglich.

Für Urethangruppen enthaltende Schaumstoffe, die aus flüssigen Gemischen erzeugt werden, können beispielsweise folgende Rezepturen Anwendung finden:

Beispiell ^a5

Hartschaum mit Raumgewicht
freigeschäumt = 300 kg/m³

100 Volumteile Polyester aus

5 Mol Adipinsäure

1 Mol Phthalsäureanhydrid
8 Mol Hexantriol
45 Volumteile Toluylendiisocyanat
4 Volumteile Lithopone

1 Volumteil Hexahydrodimethylanilin

Durch kontinuierliche Rotation, z. B. 800 U/Min, kann das Raumgewicht zwischen 900 und 400 kg/m³ variiert werden (Temperatur der Form z. B. 20 bis 22°C). Zeitdauer: 10 Minuten.

Beispiel 2

Hartschaum mit Raumgewicht
freigeschäumt = 25 kg/m³

90 Volumteile Polyester aus

3,75 Mol Trimethylolpropan,

0,25 Mol Triäthanolamin,

2,5 Mol Adipinsäure,

0,5 Mol Phthalsäureanhydrid,
10 Volumteile Polyester aus

15 Mol Adipinsäure,

16 Mol Diäthylenglykol,

1 Mol Trimethylolpropan,
30 Volumteile Trichloräthylphosphat (Brandschutz),
80 Volumteile Toluylendiisocyanat,

2 Volumteile N-Diäthyl-/5-phenoxyäthylamin,

3 Volumteile Natriumsalz eines sulfonierten
Rizinusöls mit 54% Wasser,

1 Volumteil Hexamethyl-triäthylentetramin.

Durch kontinuierliche Umfangsgeschwindigkeit (200 U/min) bei der Rotation kann das Raumgewicht z. B. zwischen 400 und 100 kg/m³ oder bei kontinuierlich abfallender Umfangsgeschwindigkeit von 400 auf 100 U/min kann das Raumgewicht von 800 kg/m³ (außen) auf 30 kg/m³ (innen) variiert werden. Die Temperatur der Form kann in diesem Falle z. B. bei 4O⁰C liegen. Zeitdauer: 5 Minuten.

Beispiel 3

Elastischer Schaumstoff mit Raumgewicht
freigeschäumt = 45 kg/m³

100 Volumteile Polyester aus

15 Mol Adipinsäure,

16 Mol Diäthylenglykol,

1 Mol Trimethylolpropan,
42 Volumteile Toluylendiisocyanat,
3 Volumteile Bis-(diäthylaminoäthanol)-adipat,
1 Volumteil ölsaures Diäthylamin,
1,5 Volumteile Natriumsalz eines sulfonierten

Rizinusöls mit 54% Wasser,
1 Volumteil Wasser.

Durch kontinuierliche Rotation, z. B. bei 300 U/min, kann das Raumgewicht zwischen 400 und 80 kg/m³ variiert werden. Die Temperatur der Form kann hierbei z. B. 25⁰C betragen.

Beispiel 4

Elastischer Schaumstoff mit Raumgewicht
freigeschäumt = 100 kg/m³

100 Volumteile Polyester aus
1 Mol Adipinsäure,
1,1 Mol ÄthylenglykoL

A. 25 Volumteile 1,4-Paraphenylendiisocyanat

(bei 13O⁰C verlängert),
1 Volumteil Wasser

B. 1 Volumteil Hexahydrodimethylanilin

bei 70⁰C des Adduktes A zugegeben.

Durch fallende Rotationsgeschwindigkeit von 300 auf 50 U/min kann ein Raumgewicht von 350 kg/m³ (außen) und 200 kg/m³ (innen) gewonnen werden.

Temperatur-während der Rotation etwa 70⁰C.

Diese Rezeptbeispiele können sehr weitgehend variiert werden. Man kann z. B. durch Verringerung oder Vergrößerung der Polyisocyanatmenge und Aktivatorgemischmenge die in den Beispielen angegebenen Raumgewichte erhöhen oder erniedrigen. Man kann ferner im schichtweisen Eintrag Körper mit konzentrischen Kernlagen erzeugen, wobei die Raumgewichte sich sprunghaft verändern.
Es ist ferner möglich, Körper mit konzentrischen Lagen aus Urethangruppen enthaltenden Schaumstoffen, und zwar wahlweise starren (s. Beispiel 1) oder elastischen (s. Beispiel 3) oder ähnliche Körper auf Basis anderer Kunststoffe zu erzeugen.
Es wurde für vorzugsweise flüssig eingetragene, treibfähige Gemische festgestellt, daß man die Abstufung des Raumgewichtes dadurch erhöhen kann, daß man mit Veränderung der Umdrehungsgeschwindigkeit während des Aufschäumens der eingetragenen Masse arbeitet, d. h. hohe Rotationsgeschwindigkeit bei Beginn des Schäumens, niedrigere am Ende des Schäumvorganges oder umgekehrt, wodurch im letzten Falle Körper mit geringer Abstufung des Raumgewichtes über dem Durchmesser gewonnen werden oder sogar Körper erzeugt werden, die ein konstantes Raumgewicht besitzen.

Für die Erzeugung der Urethangruppen enthaltenden Schaumstoffe werden in das Forminnere hineinragende Mischköpfe benutzt, die besonders geeignet sind, z. B.

35

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auch lange Rohre, Halbschalen, Vollschalen, Zylinder aufbaut, so daß beim Aufschäumen Schaumstoffkernherzustellen. Die Benutzung dieser Apparaturen ge- lagen mit veränderlicher Dichte und Dicke entstehen,

stattet es z. B., Zylinder so aufzubauen, daß das Diese Methode ist besonders für die Erzeugung von

Raumgewicht des Schaumstoffes nicht nur von außen Körpern gleicher Spannungen über dem Querschnitt

nach innen abnimmt, sondern durch automatische Ab- 5 geeignet.

Wandlung des Rezeptes das Raumgewicht auch über Das Verfahren ist auch geeignet, Verbundkörper die Länge des Profilkörpers abgestuft wird, wobei die herzustellen, die zweiseitig beplankt sind, z. B. doppel-

sich drehende Form von dem Mischkopf, der im wandige, mit Leichtstoffen gefüllte Rohre oder

Mittelpunkt des Rotationssystems montiert ist, fort- Schalen. Dabei kann so vorgegangen werden, daß man

bewegt wird. io nach Eintragung des Schaumstoffgemisches und nach-

Es ist möglich, die Festigkeit der im Rotationsguß dem der Schaumstoff auf die gewünschte Dicke aufgeerzeugten Schalenkörper oder Zylinderkörper noch trieben ist, die innere Beplankung einführt, die sich dadurch zu erhöhen, daß man vor Beginn des Ein- durch die Zentrifugalkraft auf den noch frischen tragens des schaumfähigen Gemisches die Form mit Schaumstoff aufpreßt, wobei gegebenenfalls durch Folien, Metallfolien, Kautschukfolien, Kunststoff- 15 Erhöhung der Umfangsgeschwindigkeit eine zusätzfolien aller Art, Sperrholz, Geweben aller Art oder liehe Verdichtung der äußersten Randzonen erreicht auch vorzugsweise saugfähigen Papieren auslegt, mit werden kann. Man kann dieses Verfahren am selben denen das eingetragene Gemisch in eine innige Ver- Gebilde auch mehrfach vornehmen, so daß man bindung tritt. Die so gewonnenen Körper können auch Rotationsgebilde mit zwei bis drei Lagen Deckfür hohe Belastungen senkrecht zur Deckschicht oder 20 Schichtenmaterialien erhält, zwischen denen Schaumparallel zur Deckschicht Anwendung finden. Die ein- stoffzonen vorhanden sind. Bei diesem Verfahren ist gebrachten Lagen von beispielsweise verfilzten Vliesen es durchaus möglich, in einem Arbeitsgang folgenden aus Metall, Kunststoff oder Glaswolle bringen auto- Aufbau zu wählen: Außendeckschichten aus Metall matisch eine weitere Erhöhung des Raumgewichtes oder Hartschaumstoff; Kernlage mit Lagen von abin den Randzonen. 25 gestuftem Raumgewicht, die nach innen durch eine

Zur Erhöhung der Tragfähigkeit der Rotations- weitere Deckschicht abgedeckt sind und eine weitere körper für Belastungen in Richtung der Längsachse Ausspritzung aus elastischen Materialien erhalten. In der Körper kann man auch so vorgehen, daß man die Ergänzung zur Verwendung einer beweglichen Misch-Rotationsform vor dem Ausschäumen z. B. mit in apparatur kann man auch so vorgehen, daß das einLängsrichtung gelagerten Stäben oder Hohlkörpern 30 getragene treibfähige Gemisch mittels ortsfester Voraus Metall oder Kunststoff oder Holz oder z. B. Schilf richtungen versprüht wird.

und Stroh belegt. Diese Vorlagen werden bei dem In der Zeichnung sind in Abb. 1 ein Ausführungs-Rotationsprozeß vollkommen durchschäumt und beispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des Verführen zu einer wesentlichen Erhöhung der Rand- fahrens und in den Abb. 2 bis 11 Schnitte durch zonenfestigkeit der Rotationskörper. 35 Körper schematisch dargestellt, die mit der Vor-

Es ist ferner auch möglich, nach dem erfindungs- richtung gemäß A b b. 1 erzeugt werden können. Die

gemäßen Verfahren sechseckige oder ovale Körper aus Pfeile geben jeweils die Drehrichtung der Formen an,

Urethangruppen enthaltenden Schaumstoffen gege- in denen die Körper erzeugt werden,

benenfalls mit Deckschichten und gegebenenfalls mit In Abb. 1 bedeutet 1 die Rotationsform, 2 den

zusätzlich die Randzonen verstärkenden Materialien 40 Antrieb der Form, der auf einem fahrbaren Bock 3

herzustellen, die bei diesem Schäumprozeß bei nicht montiert ist. Mit 4 ist ein Mischkopf bezeichnet, der

vollem Ausschäumen der Form zu Körpern mit ver- mit einer Düse 5 versehen und an einem Trägergerüst 6

änderlicher Schaumwandstärke ausgebildet werden. befestigt ist. Die einzelnen Komponenten werden aus

Bei der Erzeugung von Rotationskörpern können der Dosierapparatur 7 durch die Leitungen 8 und 9

die Deckschichten auch aus mit Stahl bewehrten 45 dem Mischkopf vorzugsweise unter Druck zugeführt

Betonschalen oder Leichtbetonschalen oder aus Formen und als reaktionsfähiges Gemisch durch die Düse 5

bestehen, in welche die reaktionsfähige Masse mit zum in die rotierende Form 1 ausgestoßen. Bock 3 und

Kern abnehmender Dichte eingetragen wird. damit Form mit Antrieb 2 können in axialer Richtung

Zur Erzeugung von Teilschalen mit gleichem hin- und hergefahren werden, während der Misch-

Radius, z. B. von den Abmessungen 6 m Länge und 50 kopf 4 ortsfest angeordnet ist. Mit diesem Gerät

1 m Breite, kann in einem geeigneten Rotationsgerät können Schaumstoffkörper hergestellt werden, deren

eine Vielzahl dieser Deckschichtkonstruktionen ein- Dichte — bezogen auf den Körperquerschnitt — von

gebaut werden. Es erfolgt nun der Rotationsschaum- innen nach außen stetig in feinsten Stufen zunimmt,

prozeß, wodurch man in der Lage ist, eine unsymme- da das Gemisch in der rotierenden Form der Zentri-

trische Verbundkonstruktion mit Dichtevariation der 55 fugalkraft unterworfen ist und gleichzeitig in seinen

Leichtstoffauflage in gewünschter Dicke zu erzeugen. stofflichen und mengenmäßigen Zusammensetzungen

Dieses Verfahren eignet sich besonders für die Her- verändert wird. Die Dichte des Körpers — bezogen

stellung von Teilen in der Serienfertigung. auf die Länge — kann zusätzlich noch von rechts nach

Eine zusätzliche Oberflächennachbehandlung der links stetig zunehmen, da die Form nach rechts ver-

durch Rotation erzeugten Leichtstoffgemische kann 60 schoben werden kann, während gleichzeitig aus der

ebenfalls in diesem Rotationsgerät durch geeignetes Düse 5 das bezüglich seiner stofflichen und mengen-

Spritzverfahren für Kunststoffe oder für Metallauf- mäßigen Zusammensetzung variable Gemisch aus-

spritzungen oder sonstige Oberflächenbehandlungen gestßoen wird,

verwendet werden. In Abb. 2 ist ein Körper im Längsschnitt darge-

Bei der Erzeugung von schalenförmigen Elementen 65 stellt, der auf die angegebene Weise hergestellt ist.

ist es ferner möglich, Körper in der Weise herzustellen, Er kann z. B. eine über den Querschnitt verteilte

daß man Schalen mit einem kleineren Krümmungs- Dichtevariation von 0,9 bis 0,2 g/cm³ von außen nach

radius als dem des Rotationsgerätes nebeneinander innen aufweisen und in der Länge eine Dichte von

0,2 g/cm³ bei der Bezugsziffer 10 bis 0,02 g/cm³ bei der Bezugsziffer 11 haben.

A b b. 3 zeigt einen Querschnitt durch einen schaumförmigen Körper, der am Umfang 12 eine hohe Dichte und bei 13 eine geringere Dichte aufweist.

Ab b. 4 zeigt einen Querschnitt durch eine Schale aus Schaumstoff mit zwei unterschiedlichen Schichten, wobei z. B. die äußere Schicht 14 eine Dichtevariation von 0,9 bis 0,6 g/cm³ und die innere Schicht 15 eine Dichtevariation von 0,3 bis 0,05 g/cm³ besitzt.

Schicht 14 kann auch aus Hartschaum, Schicht 15 aus elastischem Schaum bestehen, wobei die Schicht 15 nach völliger Vernetzung der ersten Schicht eingetragen wird, oder der Eintrag der zweiten Schicht sofort nach Guß der ersten Schicht erfolgt, wodurch eine sehr innige Verbindung gewährleistet ist und der Übergang von hart zu elastisch allmählich erfolgt.

A b b. 5 zeigt den Querschnitt durch einen Schaumstoffkörper, zu dessen Erzeugung vor dem durch die feststehende Düse 42 vor dem Eintrag des Gemisches 16 ein Vlies 17 aus Kunststoff oder Papier auf die Innenseite der Form, die aus den Teilen 39 und 40 besteht, gelegt ist.

In A b b. 6 ist ein Schaumkörper mit einer Schicht 18 von unterschiedlicher Dichte und einer Deckschicht 19 im Querschnitt dargestellt.

A b b. 7 zeigt den Querschnitt eines Schaumkörpers, der in der Weise erzeugt ist, daß man die Rotationsform 41 vor dem Ausschäumen mit in Längsrichtung gelagerten Stäben 21 belegt und dann das reaktionsfähige Gemisch in die Form einbringt, das den mit den Stäben 21 eng verbundenen Körper 20 ergibt.

Abb. 8 veranschaulicht den Querschnitt durch einen Stahlbetonhohlkörper 22 mit Schaumkernfüllung 23 von variabler Dichte.

In den A b b. 9a, 9b und 9c sind Querschnitte durch stangenförmige Körper verschiedener Profile dargestellt, wobei die Deckschichten 24 jeweils als dem gewünschten Profil entsprechende Formen aufgebildet sind, in die Gemische eingebracht sind, so daß Schaumkörper 25 mit fein abgestufter Dichte entstehen.

Abb. 10 zeigt den Querschnitt durch eine Rotationsform 26, in der gleich große Deckschichtelemente 27, z. B. aus Leichtmetall, montiert sind, in denen im Rotationsguß leichte Stoffe mit veränderlicher Dichte 28 eingebracht werden.

Abb. 11 zeigt im Querschnitt eine Rotationsform 29, in der Deckschichtteilschalen 30, die einen geringeren Radius aufweisen als die Form 29, angebracht sind, so daß beim Rotationsschäumprozeß Schaumstoff kernlagen 31 mit veränderlicher Dichte und Dicke entstehen.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung von Schaumkunststoff-Formkörpern, bei dem ein treibfähiges, flüssiges Reaktionsgemisch in eine rotierende Form durch eine in das Forminnere hineinragende Mischvorrichtung eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß während des Eintragens des Reaktionsgemisches das Mengenverhältnis der Reaktionskomponenten gleichzeitig mit der Rotationsgeschwindigkeit der Form verändert wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 864 450, 901 471;
schweizerische Patentschrift Nr. 296 748;
französische Patentschriften Nr. 821 383, 869 082;
»Kunststoffe«, 1952, Heft 12, S. 450 bis 459;
»Angewandte Chemie«, 1950, Nr. 3, S. 64.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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