Verfahren zur Herstellung von Zellkörpern mit geschlossenen Zellen
Bei der Herstellung von Zellkörpern mit geschlossenen Zellen kann man als Expansionsmittel einerseits in der Wärme gasabspaltende Treibmittel oder anderseits Gase, die von aussen zugeführt werden, verwenden.
Die Gase haben den Vorteil, dass sie billig sind und keine unerwünschten Rückstände im Zellkörper hinterlassen, sie haben jedoch den Nachteil, dass es schwierig ist, sie in gleichmässiger Verteilung der Masse einzuverleiben bzw. in der Masse zu lösen. Man musste die Gase unter sehr hohem Druck, z. B.
200-700 Atm., und langen Einwirkungszeiten anwenden, um eine genügend gleiehmässige Gasverteilung zu erreichen. Diese Schwierigkeiten sind nach bekannten Verfahren überwunden worden, indem man die Gase unter einem geringen Druck von z. 3.
50 Atm. thermoplastischen Massen in lockerer, krümelig-körniger, also grobob erflächiger Form einverleibt, dann die Massen und das Gas durch Zusammenpressen mit einem Druck von über 200 Atm., z. B. 500 Atm., verdichtet und durch Erwärmen geliert, worauf man dann nach Abkühlen und Druck entlasten das so erhaltene Gebilde (ein nur wenig expandierter Rohzellkörper) durch Wiedererwärmen zur Expansion bringt.
Dabei wurde bisher so gearbeitet, dad3 man die Masse in der gleichen Druckform begast, geliert, abkühlt und dann vom Druck entlastet.
Es wurde nun gefunden, dass es erhebliche Vorteile bietet, zuerst ausserhalb der Form in besonderen Vorrichtungen, z. B. einem Behälter, unter Druck die Masse zu begasen.
Die so erhaltene gashaltige Masse wird dann ohne Aufschäumen in z. - B. eine auswechselbare Form gepresst, worin dann Gelierung, Abkühlung und Druckentlastung erfolgt. Man kann auch die gashaltige Masse im gleichen Behälter, in dem die Begasung erfolgt, gelieren und die gelierte, gashaltige Masse ohne nennenswerten Druckve. rlust einer Form zuführen, worin dann das übliche Abkühlen er folgt.
Man kann aber auch die kalte, gashaltige Masse zur Gelierung auf dem Wege zur Form durch eine besondere Heizzone führen, in der die Gelierung erfolgt, so dass die Form auf diese Weise ebenfalls mit bereits geliertem gashaltigem Material gefüllt wird, während der Begasungsbehälter selbst nicht geheizt zu werden braucht Durch diese Arbeitsweise erhält man, wenn man das abgekühlte Gebilde aus der Form heraiisnimmt, ähnlich wie bei dem älteren Verfahren einen nur wenig, z. B. auf das 2-6fache der Ausgangsmasse expandierten Rohzellkörper, der beim Wiedererwärmen auf das Fertigmass, z. B. auf das 20-30fache expandiert wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft also ein Verfahren zur Herstellung von Zellkörpern mit geschlossenen Zellen aus thermoplastische Stoffe enthaltenden Massen, wobei diesen Lássen Gase unter Druck einverleibt und die gashaltigen Massen expandiert werden und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Massen in pastigembis flüssigem Zustand (z.
B. in Form fliessender Pasten oder viskoser Flüssigkeiten) in B egasungsvorrichtungen in solcher Weise einem unter überdruck stehenden Gas ausgesetzt werden, dass sie gleichmässig mit dem Gas angereichert werden, und dass dann die so begasten Massen ohne Aufschäumen Formgebungsbehältern zu- geführt werden, in welchen die Abkühlung der Massen erfolgt, nachdem sie vorher spätestens in den Formgebungsbehältern zwecks Gelierung erhitzt worden sind, und dass die Massen nach dem Abkühlen vom Druck entlastet und die so erhaltenen Rohzellkörper zur Expansion gebracht werden.
Zwei Punkte sind für das Verfahren von wesentlicher Bedeutung. Der erste Punkt ist, dass die zu begasenden Massen in besonderen Vorrichtungen in pastigem bis flüssigem Zustand gleichmässig mit Gas angereichert werden. Diese gleichmässige Anreicherung ergibt sich beispielsweise dann, wenn die Massen dem unter Überdruck stehenden Gas eine sich ständig verändernde, im Vergleich zur Oberfläche, die die Massen im Ruhezustand in kompakter Form in der Begasungsvorrich tung aufweisen würden, grosse Oberfläche darbieten.
Der zweite wesentliche Punkt besteht darin, dass die gashaltige Masse Formgebungsbehältern zugeführt wird, in denen die Gelierung und Abkühlung oder auch nur die Abkühlung des heiss eingefüllten, gashaltigen, bereits gelierten Materials erfolgt, und dass das Füllen der Behälter derart erfolgt, dass ein Aufschäumen der gashaltigen Masse vermieden wird. Es soll also das gashaltige ZIa- terial in die Behälter eingepresst werden, ohne dass das Gas infolge Druckverlust unter Schaumbildung frei wird.
Die Gelatinierung der Massen findet entweder in diesen Behäl- tern oder gegebenenfalls auf dem Wege zur Einführung in die Behälter statt, oder sie kann auf dem Wege zur Begasungsvorrich- tnng oder in dieser Begasungsvorrichtung, oder auch während des ganzen Weges durch eine entsprechende Heizung stattfinden. Hier auf wird dann das Material in den : Form- gebungsbehält ern ab gekühlt, vom Druck entlastet und, zweekma*ssig¯ nach Herausnahme aus dem Behälter, expandiert. Das Material kann, sofern erforderlich, nach Anreicherung mit dem Gas oder gleichzeitig verdichtet w, erden.
Die erfindungsgemässe Arbeitsweise bringt verschiedene Vorteile mit sich. Man kann mit auswechselbaren Formen arbeiten, die, wenig sie mit heissem Material gefüllt werden, ausser zur Formgebung nur zur Kühlung gebraaidit werden und schnell wieder bereit sind. Man kann auc. h Formen füllen, die sehr kompliziert sind und in denen eine : Somprimierung eines gashaltigen, pulverigen Materials nur mit Schwierigkeiten durchzuführen ist. Vor. allem hat man den Vorteil, dass man auch von einem Material ausgehen kann, das sich nicht in pulverförmigem Zustand befindet oder sich nur schwierig in einen solchen Zustand bringen lässt. Auf diese Weise erübrigt sich z.
B. die oft nur umständlich durchzuführende Herstellung eines hoch mit Weichmacher angereicherten pulverigen Kunststoffgemisches.
Man kann das Einverleiben von Gasen z. B. in einer Trommel vornehmen, die zum Teil mit einer fliessenden Kunststoffpaste gefüllt ist, zum andern Teil mit Gas unter hohem Druck. Durch eine entsprechende Bewegung der Trommel, z. B. durch Drehen, werden immer wieder andere Teile der Paste nit ihrer Oberfläche mit dem Hochdruckgas in Berührung gebracht, wodurch Gas nach einiger Zeit im ganzen Material gleichmässig aufgenommen bzw. gelöst ist. Man kann auch das Ausgangsmaterial, das gegebenenfalls Weichmacher rmd/oder Lösungsmittel enthält, dadurch schnell und gleichmässig mit Gas anreichen, dass man es in grossoberflächiger Form durch einen Behälter hindurchführt, in dem das Gas mit dem erforderlichen Druck eingeschlossen ist.
Man kann in einem solchen stillstehenden Behälter das Material in Form fliessender Pasten oder viskoser Flüssigkeiten hindurch bewegen und in grosser Oberfläche mit dein Gas in Berührung bringen, indem man es z. B. in Form von feinen Tröpfchen, Flüssigkeitsstrahlen oder Bändern hinein- spritzt oder iiber irgendeine Einrichtung, wie Füllkörper, Raschigringe, Teller und dergleichen fliessen lässt (sofern das Material sich in genügend flüssigem Zustande befindet), bei der es sich dann während seiner Bewegung in dünnen Schichten mit Gas anreichert.
Am Boden des Behälters sammelt sich das Illit Gas angereicherte Material und kann von hier aus direkt einer Form zugeleitet werden, oder durch eine Gelierzone geführt und dann in die Form gebracht, darin abgekühlt und ver festigt werden. Man kann aber auch das mechanische Vermischen der Ausgangsstoffe mit dem von aussen zugeführten Gas z. B. in einer hierfür geeigneten Spritzmaschine (Schneckenstrang-Presse) vornehmen, die so gebaut werden kann, dass das zugeführte Gas durch intensives Mischen und Kneten unter dem zur Gaslösung erforderlichen Druck in entsprechend feine und gleichmässige Verteilung im pastigen bis flüssigen Material gebracht wird. Fast alle diese Apparate lassen sich auch für kontinuierlichen oder nahezu kontinuierlichen Betrieb einrichten.
Wie bereits gesagt, ist das Füllen der Formgebnngsbehälter, in denen die e Gelierung oder auch nur die Abkühlung des heiss eingefüllten, gashaltigen, bereits gelierten Materials erfolgt, so vorzunehmen, dass kein Auf- schäumen der gashaltigen Masse eintritt. Man kann die Überführung des gashaltigen Ma- terinls durch verhältnismässig dünne Kanäle und die Füllung der Formen ohne Gefahr des Aufschäumens dadurch bewerkstelligen, dass man während der Entleerung des GSaslöse- behälters diesen vorübergehend auf irgendeine Weise unter höheren Druck als der zur Gasaufnahme verwendete Druck setzt. Man kann aber auch sonst irgendeine Methode, z. B.
Pumpen, anwenden, um das Material mechanisch mit der erwünschten Sicherheit und Schnelligkeit aus dem Begasungsbehälter der Gelierung bzw. der Form zuzuführen. Die Formgebungsbehälter und Leitungen, in die das Material hineingepresst wird, wird man, um ein unerwünschtes Aufschä, umen beim Einfüllen zu vermeiden, mit irgendeinem hierfür geeigneten, indifferenten Medium (z. B. Gas, Flüssigkeit, insbesondere ein fester beweglicher Körper oder durch eine Kombination dieser Medien) füllen, das in dem gleichen Umfange wieder entfernt wird, wie das Material in den Formgebungsbehälter eindringt. Einfach ist es z. B. hierfür das Gas zu nehmen, wie man es zum Anreichern in der Masse benutzt.
Man kann aber auch eine indifferente Flüssigkeit verwenden, oder aber auch eine Form mit einem Stempel. nehmen, der durch entsprechenden Gegendruck gehalten, langsam dem eindringenden Material Platz z macht, oder man kann auch mit einer Kombination der oben erwähnten Vorgänge arbeiten.
Die Formgebnngsbehälter können nun in der üblichen Weise z. B. durch die Heiz- platten einer Presse erwärmt oder gekühlt werden, wobei man den Druck der Presse gleichzeitig auch zum Schliessen der Form ausnützen kann. Man kann aber auch jede andere Methode der Formkonstruktion wäh- len, es wird sich dies immer nach der Art des herzustellenden Artikels richten. Man kann z. B. kleinere Artikel dadurch herstellen, dass man dementsprechende Formen mit Rück- schlagventil oder ähnlichem ausstattet, auf die vorerwähnte Weise füllt und diese dann in einem Flüssigkeitsbad oder Autoklaven auf die gewünschte Geliertemperatur bringt oder nur zur Kühlung, wenn heisses Material eingefüllt ist.
Man kann solche Formen mit abnehmbaren Verschlussvorrichtungen, z. B. einem Schraubdeekel, versehen. Es kommt nur darauf an, dass die Formen so gebaut sind, dass sie den Innendruck aufzlmehmen in der Lage sind und die weiteren Manipulationen gestatten.
Ein weiterer grosser Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass die anzuwendenden Drucke nur so hoch zu sein brauchen, wie sie tatsächlich zur Gasaufnahme bzw. Gaslösung in der zu begasenden Masse aufgewendet werden müssen. Diese Drucke liegen, wie festgestellt wurde, viel niedriger als bisher bei der Herstellung von Zellkörpern im allgemeinen angewandt wird. Es ist z. B. bekannt, dass bei der Herstellung von Kan tehukzellkörpern im Autoklavverfahren trotz der hohen Gaslösefähigkeit des Kautschuks Gasdrücke von 300-600 Atm. absolut üblich sind.
Es wurde nun festgestellt, dass solche Gasdruck nur dann erforderlich sind, wenn man nicht nur Gaslösung im Material verlangt, sondern auch gleichzeitig Eindringtiefe und die langsame Eindringgeschwindigkeit des Gases in Platten von z. B. 6 mm Stärke heraufsetzen will. Je dicker ein Arti- kel ist, desto längere Zeit braucht das Gas, um in die Tiefe zu dringen. Kunststoffe haben oft noch eine viel schlechtere Gaslöse- fähigkeit als Kautschuk. Um die Gaslösefähig- keit heraufzusetzen und die Zeit der Gas lösung zu reduzieren, wurde gemäss einem früheren Verfahren (Schweizer Patent Nummer 277087) pulverförmiges Ausgangsmaterial mit grosser Oberfläche verwendet und dieses dann nachträglich durch Komprimieren verdichtet.
Aber die Kompression solchen pulverförmigen Materials erfordert mechanisch sehr hohe Drucke, die weit über den Gasdrucken liegen, die zur Erzielung der Gaslösung notwendig sind.
Als thermoplastische Stoffe kommen vor allem Polymere, wie z. B. Polyvinylchlorid, oder dessen Mischpolymerisate, wie z. B. solche, die aus 80-95 /o Vinylchlorid und 20-50/0 Vinylacetat bestehen, sowie Wlisch- polymerisate aus Vinylchlorid und Acrylnitril oder aus Vinylchlorid, Vinylacetat und Acrylnitril, ebenso solche aus Vinylchlorid und Acrylester in Frage. Es können aber auch andere Thermoplasten, wie Polystyrol, Pelyacrylverbindungen, Celluloseacetat, verwendet werden.
Man kann die Kunststoffe mit oder ohne Weiehmachungs- und/oder 3;ö- sungsmittel verwenden, vorteilhafterweise werden solche Mittel zugesetzt, welche die Lös- lichkeit für das Gas begünstigen.
Als Gase kommen vor allem in den verwendeten Stoffen schwerdiffimdierbare Gase, wie Stickstoff, in Betracht. Man kann aber auch ieichtdiffundierbare Gase, wie H ; und CO2, oder deren Gemische mit Stickstoff verwenden.
Beispiel el 1
Eine Paste aus 50 Teilen stabilisiertem Polyvinylchlorid, 20 Teilen Dioctylphthalat und 30 Teilen Dibutylphthalat wird einem zylindrischen Druckbehälter 1, wie er in Fig. 1 schematisch dargestellt ist, einverleibt.
Der Druckbehälter wird etwa bis zur Hälfte mit der Paste gefüllt und der Hohlraum einem Stickstoffgasdruck von 200 Atm. aus- gesetzt. Der Behälter wird in langsame Umdrehung um die Achse 8 gebracht und je nach Grösse und Füllung während einer Zeit von etwa 1-2 Stunden rotieren gelassen.
Die Bewegung erfolgt so, dass die eingefüllte Masse langsam an den Wänden des Behälters entlang fliessen und sich hierbei in ständig sich verändernder Oberfläche mit dem Hochdruckgas gleichmässig anreichern kann. Der Druck pflegt bei dieser Behandlung durch das in Lösung gehende Gas etwas abzusinken. Man kann, um eine grosse Gasmenge zur Auflösung zu bringen, den Druck wieder auf die ursprüngliche Höhe heraufsetzen. Sobald ein nennenswertes Abfallen des Druckes nicht mehr festzustellen ist, kann mit einer Sättigung der Paste mit dem t : Gas gerechnet werden. Der Behälter wird nun angehalten und der Gasdruck in dem Hohlraum des Druckbehälters auf 250 kg/cm2 erhöht. Die auf der Figur angedeutete auswechselbare Form 2 wird angeschlossen und ebenfalls mit 250 Atm. Stickstoffgas gefüllt.
Durch Öffnen der Ventile 3 wird Verbindung zwischen Behälter 1 und Form 2 hergestellt und danach durch Öffnen des Ventils 4 das Gas aus der Form langsam abgelassen, so dass die mit Gas gesättigte Paste aus dem Druckbehälter in die Form herüberfliesst. Das Ablassen erfolgt so, dass der Gaslösedruck nicht nennenswert unterschritten wird. Das gashaltige Material füllt den Behälter ohne Aufschäumen. Bei 5 und 6 sind die Heizplatten einer hydraulischen Presse angedeutet, zwischen denen die Gelierung und Abkühlung der in der Form befindlichen gashaltigen Masse erfolgt. Nach der Abkühlung wird die Form voln Deckel 7 entlastet, der Rohzellkörper zur weiteren Behandlung herausgenommen und durch Wiedererwärmen expandiert. Man kann auf diese Art.
Zellkörper mit geschlossenen Zellen mit verschiedenen spezifischen Gewichten, z. B. 0,03-0,3, herstellen.
Beispiel 2 (zn Fig. 2)
Es wird die in Fig. 2 schematisch dargestellte Apparatur verwendet. In dem gleichen Druckbehälter, wie in Fig. 1 gezeigt, wird eine fliessende Paste aus Polyvinylchlorid und Weichmacher mit einem Gasgemisch aus N2 und 112 unter den gleichen Bedingungen wie im Beispiel 1 angereichert. Nachdem sich das Gas in dem gewünschten Umfang gelöst hat, schliesst man die in der Zeichnung angedeutete Geliervorriehtung 2 an den Gaslösebehälter 1 an. Diese Geliervorrichtung 2 sowie alle Kanäle werden durch Ventil 3 zu- nächst vor der ersten Beschickung mit Stickstoffgas von 250 kg/cm2 gefüllt. Die bei 4 angedeutete Stempelform ist gesehlossan in eine hydraulische Presse 5, 6 eingesetzt.
Durch Öffnen des Ventils 7 wird das gashaltige Material in die Geliervorrichtung ohne Aufsehäumen herübergeführt, während das Gas bei 3 wieder entweicht. Danach wird ö geschlossen und das Ventil 8 zur : Form herüber geöffnet. Durch Nachlassen des Druckes der hydraulischen Presse wird jetzt die Form mit geliertem Material gefüllt, wiederum ohne Anfschäumen. Zur Füllung einer weiteren Form ist es nur notwendig, das Ventil 8 wieder zu schliessen, eine neue Form anzuschliessen lind diese in der gleichen Weise zu füllen wie die vorhergehende. Es entsteht das gleiche Material l wie bei i Beispiel 1.
Beispiel 3 (zu Fig. 3)
Die Fig. 3 veranschaulicht eine Vorrichtung, bei der das gleiche Material wie in Beispiel 1 und 2 in einen mit Gas von 200 Atm. gefüllten Druckbehälter 1 hineingespritzt wird. Das Material wird mit einer entsprechenden Vorrichtung, z. B. einer Pumpe, durch feine Düsen 2 in den Behälter eingespritzt, so dass es in Tröpfchen oder in Form dünner Fäden oder Bänder in der Gasatmosphäre herunterfällt. Das Material belädt sich auf seinem Wege sehr schnell mit Gas und sammelt sich in dem unteren Teil des Druck- behälters an. Von hier aus kann das gleichmässig mit Gas angereicherte Material dann genau wie in Beispiel 1 einer Form 3 zugeführt werden, wobei die Formfüllung in der gleichen Weise vorgenommen wird.
Beispiel 4 (zu Fig. 4)
Bei der in Fig. 4 dargestellten Arbeitsweise wird das gleiche Rohstoff-Gemisch in dem gleichen Druckbehälter 1 wie in Fig. 3 gleichmässig mit Gas unter Druck angereichert.
Nun wird das mit Gas angereicherte Mate rial genau u in der gleichen Weise wie gemäss Beispiel 2 durch eine Heinz und Gelierzone 2 hindurchgeführt, wobei diese gefüllt wird wie in Beispiel 2. Auch die Formfüllung erfolgt wieder genau so wie in Beispiel 2. (Die Bezeichnungen 3-8 sind die gleichen wie in Beispiel 2.)
Beispiel 5 (zu Fig. 5)
Eine Mischung aus 65 Teilen Polyvinylchlorid, 35 Teilen Weichmacher und 15 Teilen Methyläthylketon wird einer in Fig. 5 gezeichneten Schneckenstrangpresse 1 zugeführt.
Die Schneckenstrangpresse wird so gebaut, dass es möglich ist, die Mischung mit langsam steigender Temperatur hindurchzufüh- ren und dabei völlig zu verdichten. Die Maschine enthält an ihrer heissesten Stelle oder kurz davor eine Vorrichtung, die ein beson ders intensives Durchmischen und l < : Kneten des Materials hervorruft. In der Fig. 5 ist diese Stelle durch zwei gegenläufige Schneckengänge 2 angedeutet. Die Heizung ist in drei Zonen 3, 4, 5 unterteilt, ebenfalls in der Figur veranschaulicht, um dem Material während des Weitertransportes die langsame Temperatursteigerung zu ermöglichen.
Ist das Material pulverförmig, so empfiehlt es sich, in dem ersten Schneckengang die mitgeführte Luft durch einen Gegenstrom von Stickstoffgas oder des sonst zur Verwendung kommenden Gases, das z. B. in den ersten Schneckengängen bei 6 eingeführt wird, ru entfernen. Etwa an der Stelle, an der das Material seinem höchsten Druck ausgesetzt ist und sich in pastigem bis flüssigem Zustand befindet, wird zusätzlich in den Schneckenkanal das gewünschte Treibgas (Stickstoff) bei 7 eingeblasen. Der höchste Druck pflegt vor der Zone zu sein, bei der die verstärkte Knetwirkung herbeigeführt wird. Das Gas wird hier mit einem Druck, der den Druck des Materials übersteigt, zugeführt.
Es lassen sich bekanntlich in einer gut gebauten, zweckentsprechenden 5 chneckenstrangpresse recht beträchtliche Drucke erzielen, die etwa bei 200 Atm. liegen. Das Gas wird bei dem hohen Druck und der intensiven Knetung, die an dieser Stelle und daran anschliessend herbeigeführt wird, schnell und gleichmässig vom Material aufgenommen. Der Überdruck, mit dem das Gas in die Maschine eingeführt werden muss, ist durch eine geeignete Vorrichtung festzustellen. Der Innendruck in der Schneckenstrangpresse hängt von ihrer Konstruktion und auch von der Material beschaffenheit, z. B. der Art des verwendeten Weichmachers usw. ab und lässt sich durch die Tourenzahl regulieren.
Die heisseste Zone hat die Maschine vor oder nach der Steile, an der die verstärkte Knetwirklmg herbeigeführt wird. Hier soll das Material seine volle Geliertemperatur erhalten. Das heisse Material wird von hier aus durch einen entsprechenden Kanal 8 ohne Aufschäumen einer Form 9 zugeführt, die es wie in Fig. 2 und 4 gestattet, dem eindringenden heissen Material Platz zu geben. Der Druck in der Form kann auch hier wieder durch eine hydraulische Presse geregelt werden. Mit Hilfe entsprechender Vorrichtungen lassen sich eine ganze Reihe solcher Formen von derselben Schneckenstrangpresse ausfüllen. Es entsteht auch hier ein Material mit völlig geschlossenen Zellen und mit einem spezifischen Gewicht, je nach Gfaszugabe von 0,05-0,1.
Beispiel 6 (zu Fig. 6)
Es wird die in Fig. 6 gezeichnete Apparatur mit dem Drackbehälter 1 verwendet.
Eine Mischung aus 60 Teilen stabilisiertem PolyvinyOchlorid und 40 Teilen Dibutylphthalat wird mit Hilfe einer Zahnradpumpe 2 durch eine Gelierzone 3 geführt und in den Hochdruckbehälter 1 gespritzt, der ebenfalls mit einem Heizmantel versehen ist. Der Behälter ist mit 150 Atm. Stickstoffgas gefüllt. Das Material wird durch feine Düsen in Form von Tröpfchen oder dünnen Fäden gebracht, die in die Gasatmosphäre herunter- fallen, sich auf dem Wege mit Gas anrei- chern und sich in dem intern Teil des Druck behälters ansammeln. Von hier aus kann es dann einer Form 4 zugeführt werden, wobei die Formfüllung in der gleichen Weise wie in Beispiel 2 vorgenommen wird.
Process for the production of cell bodies with closed cells
In the production of cell bodies with closed cells, one can use propellants that release gases in the heat or gases that are supplied from the outside as expansion agents.
The gases have the advantage that they are cheap and do not leave any undesired residues in the cell body, but they have the disadvantage that it is difficult to incorporate them into the mass in an even distribution or to dissolve them in the mass. You had to press the gases under very high pressure, e.g. B.
200-700 atm., And use long exposure times in order to achieve a sufficiently uniform gas distribution. These difficulties have been overcome according to known methods in that the gases under a low pressure of e.g. 3.
50 atm. thermoplastic masses incorporated in loose, crumbly-granular, so coarse-surface form, then the masses and the gas by pressing together at a pressure of over 200 atm., z. B. 500 atm., Compressed and gelled by heating, whereupon, after cooling and pressure, the resulting structure (an only slightly expanded raw cell body) is brought to expansion by rewarming.
Up to now, this has been done in such a way that the mass is gassed, gelled, cooled and then relieved of pressure in the same printing forme.
It has now been found that it offers considerable advantages, first out of the mold in special devices, e.g. B. a container to gas the mass under pressure.
The gas-containing mass obtained in this way is then placed in z. - B. an exchangeable mold is pressed, in which then gelation, cooling and pressure relief takes place. You can also gel the gaseous mass in the same container in which the gassing takes place and the gelled, gaseous mass without significant Druckve. rlust feed a mold in which the usual cooling then follows.
But you can also lead the cold, gaseous mass to gel on the way to the mold through a special heating zone in which the gelation takes place, so that the mold is also filled in this way with already gelled gas-containing material, while the gas tank itself is not heated This way of working, if you take the cooled structure out of the mold, similar to the older method, you only get a little, e.g. B. expanded to 2-6 times the initial mass raw cell body, which when reheated to the finished mass, z. B. is expanded to 20-30 times.
The present invention thus relates to a method for the production of cell bodies with closed cells from masses containing thermoplastic substances, with these gases being incorporated under pressure and the masses containing gas being expanded and characterized in that the masses are in a pasty to liquid state (e.g.
B. in the form of flowing pastes or viscous liquids) in Gassungsvorrichtungen in such a way exposed to a pressurized gas that they are evenly enriched with the gas, and that the so gassed masses are then fed without foaming shaping containers in which the cooling of the masses takes place after they have previously been heated at the latest in the shaping containers for the purpose of gelling, and that the masses are relieved of pressure after cooling and the raw cell bodies thus obtained are made to expand.
Two points are essential to the process. The first point is that the masses to be gassed are evenly enriched with gas in special devices in pasty to liquid state. This uniform enrichment results, for example, when the masses present a constantly changing surface area for the gas under excess pressure, compared to the surface that the masses would have in a compact form in the gassing device in the resting state.
The second essential point is that the gaseous mass is fed to shaping containers in which the gelling and cooling or even only the cooling of the hot-filled, gas-containing, already gelled material takes place, and that the containers are filled in such a way that the foaming of the gaseous mass is avoided. The gas-containing material should therefore be pressed into the container without the gas being released as a result of pressure loss and foam formation.
The gelatinization of the masses takes place either in these containers or, if necessary, on the way to introduction into the container, or it can take place on the way to the gassing device or in this gassing device, or also during the entire way through a corresponding heater. The material is then cooled down in the: shaping containers, relieved of pressure and expanded, two-fold after being removed from the container. If necessary, the material can be grounded after being enriched with the gas or compressed at the same time.
The method of operation according to the invention has various advantages. You can work with interchangeable molds which, when they are not filled with hot material, are only used for cooling, except for shaping, and are quickly ready again. One can also. h Filling molds that are very complicated and in which a: Compression of a gaseous, powdery material can only be carried out with difficulty. In front. The main advantage is that you can start from a material that is not in a powdery state or that is difficult to bring into such a state. In this way, z.
B. the often laborious to carry out the production of a highly enriched plasticizer powdery plastic mixture.
One can incorporate gases such. B. make in a drum that is partly filled with a flowing plastic paste, the other part with gas under high pressure. By moving the drum accordingly, e.g. B. by turning, the surface of other parts of the paste are repeatedly brought into contact with the high-pressure gas, whereby gas is evenly absorbed or dissolved in the entire material after a while. The starting material, which may contain plasticizers and / or solvents, can also be rapidly and uniformly enriched with gas by passing it over a large surface area through a container in which the gas is enclosed at the required pressure.
You can move the material in the form of flowing pastes or viscous liquids through such a stationary container and bring it into contact with your gas over a large surface by z. B. in the form of fine droplets, jets of liquid or ribbons or let flow over some device such as packing, Raschig rings, plates and the like (provided the material is in a sufficiently liquid state), in which it is then during its movement in thin layers enriched with gas.
The illite gas-enriched material collects at the bottom of the container and can be fed directly to a mold from here, or passed through a gelling zone and then brought into the mold, cooled and solidified in it. But you can also mechanically mix the starting materials with the externally supplied gas z. B. in a suitable injection machine (screw extrusion press), which can be built in such a way that the supplied gas is brought into fine and even distribution in the pasty to liquid material by intensive mixing and kneading under the pressure required for gas dissolution. Almost all of these devices can also be set up for continuous or almost continuous operation.
As already said, the filling of the molding containers, in which the gelation or only the cooling of the hot, gas-containing, already gelled material takes place, is to be carried out in such a way that the gas-containing mass does not foam. The transfer of the gaseous material through relatively thin channels and the filling of the molds without the risk of foaming can be achieved by temporarily putting the gas dissolving tank under a higher pressure than the pressure used for gas absorption while it is being emptied. But you can also use any other method, e.g. B.
Pumps, use to mechanically supply the material with the desired safety and speed from the gas tank to the gelation or the form. The shaping containers and lines into which the material is pressed are, in order to avoid undesirable foaming during filling, with any suitable, inert medium (e.g. gas, liquid, in particular a fixed, movable body or by a Combination of these media), which is removed again to the same extent as the material penetrates into the forming container. It is easy e.g. B. for this to take the gas, as it is used for enrichment in the mass.
But you can also use an indifferent liquid, or a shape with a stamp. take, which is held by appropriate counter pressure, slowly gives way to the penetrating material z, or you can work with a combination of the above-mentioned processes.
The Formgebnngsbehälters can now in the usual way, for. B. be heated or cooled by the heating plates of a press, whereby the pressure of the press can also be used to close the mold. But you can also choose any other method of mold construction, this will always depend on the type of article to be manufactured. You can z. B. Manufacture smaller articles by equipping appropriate molds with non-return valves or the like, filling them in the aforementioned way and then bringing them to the desired setting temperature in a liquid bath or autoclave or only for cooling when hot material is filled.
Such shapes can be made with removable closure devices, e.g. B. a screw cap provided. All that matters is that the molds are built in such a way that they are able to absorb the internal pressure and allow further manipulations.
Another great advantage of the present invention is that the pressures to be used only need to be as high as they actually have to be used for gas absorption or gas solution in the mass to be gassed. It has been found that these pressures are much lower than previously used in the manufacture of cell bodies in general. It is Z. It is known, for example, that gas pressures of 300-600 atmospheres are used in the production of Kan tehuk cell bodies in the autoclave process, despite the high gas-dissolving capacity of rubber. are absolutely common.
It has now been found that such gas pressures are only required when not only gas solution is required in the material, but also penetration depth and the slow penetration speed of the gas in plates of e.g. B. want to increase 6 mm thickness. The thicker an item, the longer it takes for the gas to penetrate deep. Plastics often have a much poorer gas solubility than rubber. In order to increase the gas-dissolving capacity and to reduce the time of the gas-dissolving, powdery starting material with a large surface was used according to an earlier method (Swiss patent number 277087) and this was then subsequently compressed by compression.
But the compression of such powdery material requires mechanically very high pressures that are far above the gas pressures that are necessary to achieve the gas solution.
As thermoplastic materials are mainly polymers such. B. polyvinyl chloride, or its copolymers, such as. B. those that consist of 80-95 / o vinyl chloride and 20-50 / 0 vinyl acetate, and Wlisch- polymers made of vinyl chloride and acrylonitrile or vinyl chloride, vinyl acetate and acrylonitrile, as well as those made of vinyl chloride and acrylic ester in question. However, other thermoplastics such as polystyrene, pelyacrylic compounds, cellulose acetate can also be used.
The plastics can be used with or without softening agents and / or solvents; agents which promote the solubility for the gas are advantageously added.
Particularly suitable gases in the substances used are gases that are difficult to diffuse, such as nitrogen. But you can also easily diffusible gases such as H; and CO2, or their mixtures with nitrogen.
Example el 1
A paste of 50 parts of stabilized polyvinyl chloride, 20 parts of dioctyl phthalate and 30 parts of dibutyl phthalate is incorporated into a cylindrical pressure vessel 1, as shown schematically in FIG.
The pressure vessel is filled about halfway with the paste and the cavity is subjected to a nitrogen gas pressure of 200 atm. exposed. The container is made to rotate slowly around the axis 8 and, depending on the size and filling, allowed to rotate for a period of about 1-2 hours.
The movement takes place in such a way that the filled mass slowly flows along the walls of the container and can be evenly enriched with the high-pressure gas in the constantly changing surface. During this treatment, the pressure tends to drop somewhat due to the gas dissolving. In order to dissolve a large amount of gas, the pressure can be increased back to the original level. As soon as a significant drop in pressure can no longer be determined, the paste can be expected to become saturated with the t: gas. The container is now stopped and the gas pressure in the cavity of the pressure container is increased to 250 kg / cm2. The interchangeable form 2 indicated in the figure is connected and also with 250 atm. Filled with nitrogen gas.
By opening the valves 3 a connection is established between the container 1 and the mold 2 and then the gas is slowly released from the mold by opening the valve 4 so that the paste saturated with gas flows from the pressure container into the mold. The discharge takes place in such a way that the gas release pressure is not noticeably undershot. The gas-containing material fills the container without foaming. At 5 and 6, the heating plates of a hydraulic press are indicated, between which the gelling and cooling of the gaseous mass in the mold takes place. After cooling, the mold is relieved from the cover 7, the raw cell body is removed for further treatment and expanded by rewarming. One can do this in this way.
Cell bodies with closed cells with different specific weights, e.g. B. 0.03-0.3.
Example 2 (see Fig. 2)
The apparatus shown schematically in FIG. 2 is used. In the same pressure vessel as shown in FIG. 1, a flowing paste of polyvinyl chloride and plasticizer is enriched with a gas mixture of N2 and 112 under the same conditions as in Example 1. After the gas has dissolved to the desired extent, the gelation device 2 indicated in the drawing is connected to the gas dissolving container 1. This gelling device 2 and all channels are initially filled with nitrogen gas of 250 kg / cm 2 through valve 3 before the first charge. The punch shape indicated at 4 is inserted into a hydraulic press 5, 6 as a whole.
By opening the valve 7, the gas-containing material is passed into the gelling device without foaming, while the gas at 3 escapes again. Thereafter, ö is closed and the valve 8 to the: form is opened. By releasing the pressure of the hydraulic press, the mold is now filled with gelled material, again without foaming. To fill another mold, it is only necessary to close the valve 8 again, connect a new mold and fill it in the same way as the previous one. The result is the same material 1 as in example 1.
Example 3 (to Fig. 3)
Fig. 3 illustrates an apparatus in which the same material as in Examples 1 and 2 in one with gas of 200 atm. filled pressure vessel 1 is injected. The material is applied with an appropriate device, e.g. B. a pump, injected through fine nozzles 2 into the container so that it falls down in the gas atmosphere in droplets or in the form of thin threads or ribbons. The material is very quickly loaded with gas on its way and collects in the lower part of the pressure vessel. From here, the material, which is uniformly enriched with gas, can then be fed to a mold 3 exactly as in Example 1, the mold being filled in the same way.
Example 4 (to Fig. 4)
In the mode of operation shown in FIG. 4, the same raw material mixture in the same pressure vessel 1 as in FIG. 3 is uniformly enriched with gas under pressure.
Now the material enriched with gas is passed through a Heinz and gelation zone 2 in exactly the same way as in Example 2, this being filled as in Example 2. The mold is also filled again exactly as in Example 2. (The designations 3-8 are the same as in example 2.)
Example 5 (to Fig. 5)
A mixture of 65 parts of polyvinyl chloride, 35 parts of plasticizer and 15 parts of methyl ethyl ketone is fed to a screw extruder 1 shown in FIG.
The screw extruder is built in such a way that it is possible to feed the mixture through slowly increasing the temperature and to compress it completely. At its hottest point or just before it, the machine contains a device that causes particularly intensive mixing and kneading of the material. In FIG. 5, this point is indicated by two screw threads 2 running in opposite directions. The heating is divided into three zones 3, 4, 5, also illustrated in the figure, in order to enable the material to slowly increase in temperature during the onward transport.
If the material is in powder form, it is advisable to remove the entrained air in the first screw flight by a countercurrent of nitrogen gas or the gas that is otherwise used, e.g. B. is introduced into the first screw threads at 6, remove ru. Around the point where the material is exposed to its highest pressure and is in a pasty to liquid state, the desired propellant gas (nitrogen) is also blown into the screw channel at 7. The highest pressure tends to be in front of the zone in which the increased kneading effect is brought about. The gas is supplied here with a pressure that exceeds the pressure of the material.
As is known, quite considerable pressures can be achieved in a well-built, appropriately designed screw extruder, around 200 atm. lie. The gas is quickly and evenly absorbed by the material at the high pressure and the intensive kneading that is brought about at this point and afterwards. The overpressure with which the gas must be introduced into the machine must be determined using a suitable device. The internal pressure in the screw extruder depends on its construction and the nature of the material, e.g. B. the type of plasticizer used, etc. and can be regulated by the number of revolutions.
The machine has the hottest zone before or after the slope where the increased kneading effect is brought about. Here the material should get its full setting temperature. The hot material is fed from here through a corresponding channel 8 without foaming to a mold 9 which, as in FIGS. 2 and 4, allows space for the penetrating hot material. Again, the pressure in the mold can be regulated by a hydraulic press. With the help of appropriate devices, a whole series of such shapes can be filled by the same screw extruder. The result is a material with completely closed cells and a specific weight, depending on the amount of gas added, of 0.05-0.1.
Example 6 (to Fig. 6)
The apparatus shown in FIG. 6 with the pressure vessel 1 is used.
A mixture of 60 parts of stabilized polyvinyl chloride and 40 parts of dibutyl phthalate is passed through a gelling zone 3 with the aid of a gear pump 2 and injected into the high-pressure container 1, which is also provided with a heating jacket. The tank is at 150 atm. Filled with nitrogen gas. The material is brought through fine nozzles in the form of droplets or thin threads which fall down into the gas atmosphere, are enriched with gas on the way and collect in the internal part of the pressure vessel. From here it can then be fed to a mold 4, the mold filling being carried out in the same way as in Example 2.