DE19525663C1 - Verfahren zur Herstellung von Polyurethanschaumformkörpern - Google Patents

Description

Die Herstellung von Polyurethanschaumformkörpern erfolgt üblicherweise durch Ein­ bringen einer ein Treibmittel enthaltenden Polyurethanreaktivmischung in einen Form­ hohlraum, wobei im Laufe des Ablaufs der Polyadditionsreaktion zwischen Isocyanat und isocyanatreaktiver Komponente der Mischung das Treibmittel freigesetzt wird, so daß die Reaktivmischung aufschäumt und den Formhohlraum erfüllt.

Als Treibmittel werden sowohl niedrigsiedende Flüssigkeiten, wie niedermolekulare Chlorfluorkohlenwasserstoffe, Methylenchlorid, Pentan usw., eingesetzt, die aufgrund der Temperaturerhöhung der Reaktivmischung im Zuge des Ablaufs der exothermen Polyadditionsreaktion verdampfen; als auch Wasser, das aufgrund der Reaktion mit dem Isocyanat chemisch das Treibgas Kohlendioxid freisetzt.

Üblicherweise wird das Treibmittel der Polyolkomponente für die Polyadditionsreak­ tion zugemischt, die anschließend mit dem Isocyanat vermischt wird.

Es ist auch bereits bekannt, mindestens eine der Reaktionskomponenten der Poly­ additionsreaktion zusätzlich mit Luft zu beladen, wobei die Luft Blasenkeime in Form feiner Luftbläschen bereitstellt, in die das Treibmittel freigesetzt wird, so daß eine gleichmäßige Porenstruktur entsteht.

Bei der kontinuierlichen Herstellung von Blockschaum wurde bereits vorgeschlagen, physikalisch gelöstes Kohlendioxid als Treibmittel einzusetzen (Modern Plastics Inter­ national, März 1994, Seiten 52 bis 54).

Bei der Herstellung von Formschaum besteht das Problem, daß das physikalisch gelöste Kohlendioxid beim Einfüllen der Polyurethanreaktivmischung in den Formhohlraum nahezu instantan freigesetzt wird, so daß unter Berücksichtigung der zeitlichen Dauer des Einfüllvorgangs ein sehr ungleichmäßiger Schaum entsteht und ferner im Formhohlraum aufgrund des zu frühen Aufbrechens großer Schaumblasen Gasnester entstehen.

Es wurde nun gefunden, daß diese Probleme vermieden werden, wenn im Formhohlraum bis zur Beendigung des Einfüllens der Reaktivmischung ein Druck aufrechterhalten wird, der größer ist als der Sättigungsdampfdruck des in der Reaktivmischung gelösten Kohlendioxid.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Polyurethanschaumformkörpern durch Einbringen einer ein Treibmittel enthaltenden Polyurethanareaktivmischung in einen Formhohlraum, das dadurch gekennzeichnet ist, daß

• a) in der Polyurethanreaktivmischung als Treibmittel Kohlendioxid unter Druck gelöst wird,
• b) der Formhohlraum gasdicht abgeschlossen wird,
• c) in dem Formhohlraum ein Gasdruck oberhalb des Sättigungsdampfdruckes des gelösten Kohlendioxids erzeugt wird,
• d) die Reaktivmischung gegen den Gasdruck in den Formhohlraum in einer vorbestimmten Menge eingebracht wird,
• e) der Gasdruck in dem Formhohlraum unter Aufschäumen der Reaktivmischung reduziert wird, bis die geschäumte Reaktivmischung den gesamten Formhohlraum ausfüllt.

Vorzugsweise wird das Kohlendioxid in der Polyolkomponente vor deren Vermischung mit der Isocyanatkomponente zur Erzeugung der Polyurethanreaktiv­ mischung gelöst.

Vorzugsweise kann die Menge an gelöstem Kohlendioxid zwischen 0,5 und 7 Gew.-% bezogen auf die Reaktivmischung, entsprechend einem Sättigungsdampf­ druck für das gelöste Kohlendioxid von 1 bis 25 bar, betragen.

Je nach der gewünschten Dichte des herzustellenden Polyurethanschaum­ formkörpers wird der Formhohlraum zu 5 bis 90% mit Reaktivmischung gefüllt, so daß nach dem Aufschäumen eine Dichte des Formkörpers von 50 bis 900 kg/m³ resultiert.

Dadurch, daß zunächst die gesamte vorgesehene Menge an Reaktivmischung gegen den im Formhohlraum herrschenden Druck, der oberhalb des Sättigungs­ dampfdruckes des gelösten Kohlendioxids liegt, in die Form eingefüllt wird und erst anschließend der Druck im Formhohlraum reduziert wird, gelingt es, einen Schaumformkörper herzustellen, der eine gleichmäßige Porenstruktur aufweist.

Nach einer weiter bevorzugten Ausführungsform wird der Formhohlraum mittels einer Membran in einen Raum, in dem der Gasdruck aufrechterhalten wird und in einen Raum, in den die Reaktivmischung eingefüllt wird, unterteilt. Die Membran wird vor dem Schließen der Form in der Formtrennebene angeordnet. Anschließend wird der durch die Membran erzeugte eine Teil des Formhohlraums mit einem Gasdruck oberhalb des Sättigungsdampfdrucks der Polyurethanreaktiv­ mischung beaufschlagt, so daß sich die Membran an der Kontur des anderen Teils des Formhohlraums anlegt. Anschließend wird die Polyurethanreaktivmischung auf der dem Gasdruck gegenüberliegenden Seite der Membran eingeleitet. Nach Einleitung der vorgesehenen Menge an Reaktivmischung wird der Gasdruck auf der anderen Seite der Membran reduziert, wobei die Membran unter Aufschäumen der Reaktivmischung auf der anderen Seite des Formhohlraums angelegt wird.

Nach einer Ausführungsform dieser bevorzugten Ausführungsform der vorliegen­ den Erfindung kann die Membran aus einem von der Polyurethanreaktivmischung nicht benetzbaren Kunststoff, insbesondere Polyethylen oder Polytetrafluorethylen bestehen, so daß die Membran nach Aushärten und Entformen des Schaum­ formkörpers von dem Schaumformkörper getrennt werden kann.

Nach einer weiteren Ausführungsform kann die Membran aus einem von der Reaktivmischung benetzbaren und an dem Polyurethan haftenden Material, insbesondere ein gegebenenfalls imprägniertes Gewebe oder PVC oder Poly­ propylen bestehen, wobei die Membran als Kaschierung auf der Oberfläche des Schaumformkörpers verbleibt.

Nach einer weiter bevorzugten Ausführungsform weist die Kontur des Formhohlraums verschiebbare Elemente auf, die während des Einleitens der Reaktivmischung in den Formhohlraum hineingeschoben werden. Diese verschiebbaren Elemente der Kontur verkleinern während des Einleitens der Reaktivmischung das Volumen des Formhohlraumes. Besonders bevorzugt sind die verschiebbaren Konturelemente so gestaltet, daß eine Drosselung der einströmenden Reaktivmischung bewirkt wird, d. h. der Strömungsquerschnitt der Reaktivmischung unmittelbar nach dem Eintritt in den Formhohlraum derart reduziert wird, daß eine schnelle Verteilung der Reaktivmischung in von der Einleitöffnung entferntere Teile des Formhohlraumes bewirkt wird.

Im Falle der Teilung des Formhohlraumes mittels Membran in einen Gasdruckraum und einen Einfüllhohlraum ist vorzugsweise mindestens ein verschiebbares Element auf der Seite des Gasdruckraumes der Einfüllöffnung gegenüberliegend angeordnet.

Weitere verschiebbare Konturelemente können auf der Seite des Einfüllhohlraumes vorgesehen sein, wenn aufgrund der Kompliziertheit des Formhohlraumes die Membran sich ohne irreversible Deformation nicht an der Kontur des Formhohlraumes vor Einfüllung der Reaktivmischung anlegen kann.

Vorzugsweise wird die Menge an gelöstem Kohlendioxid in der Reaktivmischung so gewählt, daß nach Aufschäumen der Reaktivmischung zur Ausfüllung des gesamten Formhohlraums noch eine solche Menge an Kohlendioxid gelöst bleibt, daß während des anschließenden Aushärtens der Reaktivmischung noch ein Forminnendruck von 3 bis 8 bar aufgrund des noch gelösten Kohlendioxids herrscht.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Fig. 1 bis 3 näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Formhohlraum 1, der durch eine untere und eine obere Form­ hälfte 2, 3 gebildet wird und über eine Dichtung 4 gasdicht verschlossen wird. Über die Gaszufuhrleitung 5 wird im Formhohlraum 1 ein Gasdruck von z. B. 9 bar erzeugt. Dem Mischaggregat 6 zur Herstellung der Polyurethan­ reaktivmischung wird über Leitung 7 die Polyolkomponente, in der Luft zur Bereitstellung von Blasenkeimen gelöst wird (8) und z. B. 4,5 Gew.-% CO₂ gelöst wird (9) unter einem Druck von mindestens 15 bar zugeführt. Ferner werden über Leitung 10 50 Gew.-Teile Isocyanat je 100 Gew.-Teile Polyol zugeführt. Nachdem der Formhohlraum 1 aus dem Mischaggregat 6 zu ca. 20% mit der Kohlendioxid gelöst enthaltenden Reaktivmischung gefüllt ist, wird die Zufuhr von Reaktivmischung gestoppt und über die Gasleitung 5 der Gasdruck im Formhohlraum reduziert, bis die Reaktivmischung unter Aufschäumen den gesamten Formhohlraum erfüllt. Danach werden die Eintrittsöffnungen 5a und 5b der Gaszufuhrleitung 5 zum Formhohlraum 1 geschlossen, beispielhaft dargestellt durch die hydraulisch bewegbaren Kolben 11. Nach dem Aushärten der Reaktiv­ mischung wird die Form geöffnet und der Formkörper entnommen.

Bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß Fig. 2 ist der Formhohlraum durch die Membran 20 in einen Gasdruckhohlraum 1a und einen Einfüllraum für die Polyurethanreaktivmischung 1b geteilt. Vor dem Einfüllen der Reaktivmischung aus dem Mischaggregat 6 wird der Gasraum 1a mit Druckgas beaufschlagt, so daß die Membran 20 an der Kontur der unteren Formhälfte 2 anliegt. Gegebenenfalls kann eine Vakuumleitung 12 zur Entfernung von Gasresten aus dem Einfüllhohlraum 1b vorgesehen sein. Die Reaktivmischung wird unter Verschieben der Membran 20 in den Einfüllraum 1b eingefüllt. Anschließend wird über Gasleitung 5 der Gasdruck im Gasraum 1a reduziert, bis aufgrund des Aufschäumens der Reaktivmischung im Einfüllraum 1b die Membran 2 an der Kontur der oberen Formhälfte 3 anliegt.

Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung gemäß Fig. 2 mit Membran 20 zur Teilung des Formhohlraumes und Konturelementen 31 und 41.

Das in den Formhohlraum 1a hinein verschiebbare Konturelement 31 liegt der Einfüllöffnung des Mischaggregates 6 gegenüber und dient der Drosselung der einströmenden Reaktivmischung, so daß eine schnelle seitliche Verteilung der Reaktivmischung erzielt wird. Nach Beendigung des Einfüllens wird das Konturelement z. B. mittels Hydraulik bzw. Pneumatik 32 zur Ausbildung der gestrichelt angedeuteten Kontur 33 des herzustellenden Formkörpers zurückgefahren.

Das beispielhaft dargestellte verschiebbare Konturelement 41 wird vor dem Einfüllen der Reaktivmischung in den Formhohlraum 1b bis zur gestrichelten Linie 44 in den Formhohlraum hineingefahren, so daß sich die Membran 20 ohne irreversible Deformierung anlegen kann. Im Zuge der Ablösung der Membran 20 von der Kontur des Hohlraumes 1b kann das Konturelement 41 in die dargestellte Stellung zurückgefahren werden.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung von Polyurethanschaumformkörpern durch Ein­ bringen einer ein Treibmittel enthaltenden Polyurethanreaktivmischung in einen Formhohlraum, Aufschäumenlassen der Reaktivmischung, Aushärten und Entnahme aus dem Formhohlraum, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) die Polyurethanreaktivmischung als Treibmittel unter Druck gelöstes Kohlendioxid enthält,
• b) der Formhohlraum gasdicht abgeschlossen wird,
• c) in dem Formhohlraum ein Gasdruck oberhalb des Sättigungs­ dampfdruckes des gelösten Kohlendioxids erzeugt wird,
• d) die Reaktivmischung gegen den Gasdruck in den Formhohlraum in einer vorbestimmten Menge eingebracht wird,
• e) der Gasdruck in dem Formhohlraum unter Aufschäumen der Reaktivmischung reduziert wird, bis die geschäumte Reaktiv­ mischung den gesamten Formhohlraum ausfüllt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Formhohl­ raum in der Formtrennebene durch eine flexible Membran geteilt wird, der eine Teil (der erste Teil) des Formhohlraumes mit Druckgas derart beaufschlagt wird, daß die Membran an der Kontur des anderen Teils (des zweiten Teils) des Formhohlraumes anliegt, die Reaktivmischung in den zweiten Teil des Formhohlraumes eingeleitet wird und der Gasdruck in dem ersten Teil des Formhohlraumes reduziert wird, bis die Membran aufgrund des Aufschäumens der Reaktivmischung an der Kontur des ersten Teils des Formhohlraumes anliegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktivmischung 0,5 bis 7 Gew.-% CO₂ gelöst enthält.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Formhohlraum zu 5 bis 90% mit Reaktivmischung gefüllt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktivmischung feinteilige Luftblasen als Blasenkeime für die Freisetzung von gelöstem CO₂ enthält.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge an gelöstem Kohlendioxid und/oder die Menge an in den Form­ hohlraum einzufüllender Reaktivmischung derart gewählt wird, daß nach Reduktion des Gasdruckes noch ein Forminnendruck von 3 bis 8 bar herrscht.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Formhohlraum mindestens ein der Einströmöffnung für die Reaktivmischung gegenüberliegendes, gegen die Einströmöffnung verschiebbares Konturelement aufweist, das während des Einbringens der Reaktivmischung derart gegen die Einströmöffnung verschoben wird, daß eine schnelle seitliche Verteilung der Reaktivmischung im Formhohlraum bewirkt wird.