DE19531631A1 - Prodn. of thermoplastic foam with syntactic foam structure - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von thermoplastischen Kunststoffschäumen mit syntaktischer Schaum struktur mittels Extrusions- oder Spritzgußmaschinen aus handelsüblichen Massenkunststoffen mit Schmelz- oder Erwei chungstemperaturen zwischen 375 K und 450 K, wie LD-PE, HD-PE, hochmolekulare EVA-Copolymere mit Vinylacetat-Anteilen unter 30%, PP oder PS, unter Verwendung gas- oder flüssigkeitsge füllter, thermoplastischer und unter Wärmewirkung expandierba rer Mikroballons.The invention relates to a method for producing thermoplastic foam with syntactic foam structure using extrusion or injection molding machines commercially available bulk plastics with melting or expansion temperatures between 375 K and 450 K, such as LD-PE, HD-PE, high molecular EVA copolymers with vinyl acetate content below 30%, PP or PS, using gas or liquid filled, thermoplastic and expandable under the effect of heat rer microballoons.
Zur Erzielung von Schaumstrukturen in thermoplastischen Kunststoffteilen oder -profilen sind zwei grundlegende Verfahrensweisen seit langem üblich. Die erste besteht darin, unter Druck stehende niedrigsiedende Flüssigkeiten oder Gase in die viskose Schmelzphase des Matrixkunststoffes einzupres sen und zu verteilen. Die zweite Verfahrensweise besteht darin, Gase im Inneren der Matrixwerkstoffe (Kunststoffe, Kautschuke) dadurch zu erzeugen, daß thermisch instabile Feststoffe eingearbeitet werden, die unter der Wärmeeinwirkung während der Verarbeitung zumindest teilweise durch chemische Reaktion in Gase zerfallen. Bei beiden Verfahrensweisen erhält man die Schaumstruktur dadurch, daß die unter Druck stehenden eingeschlossenen Gase entspannen und den Matrixwerkstoff aufblähen. Im Ergebnis erhält man binäre Schaumstrukturen, die aus der Kunststoffmatrix und den eingeschlossenen Gasen bestehen.To achieve foam structures in thermoplastic Plastic parts or profiles are two basic Procedures have long been common. The first is pressurized low-boiling liquids or gases to be pressed into the viscous melting phase of the matrix plastic and distribute. The second approach is in gases inside the matrix materials (plastics, To produce rubbers) in that thermally unstable Solids are incorporated under the influence of heat during processing at least in part by chemical The reaction breaks down into gases. Received in both procedures the foam structure in that the pressurized enclosed gases relax and the matrix material inflate. The result is binary foam structures that from the plastic matrix and the enclosed gases consist.
Zur Erzielung bestimmter Schaumstoffeigenschaften müssen dabei technologische und stoffliche Bedingungen geschaffen werden, unter denen die Treibgase in den geschmolzenen, ggf. auch im Stadium der Vernetzung oder Vulkanisation befindlichen, Matrixwerkstoffen zur Bildung einer Zellstruktur gehalten werden. Dies ist gewöhnlich mit sehr hohem technischen Auf wand verbunden, da die Treibgase dazu neigen, aus den Matrix werkstoffen zu entweichen oder sich zu energetisch günstigeren großen Zellen zu vereinigen und den meist angestrebten hohen Verteilungsgrad mit vielen kleinen Einzelzellen zu verlassen.In order to achieve certain foam properties, you must technological and material conditions are created, under which the propellant gases in the molten, possibly also in Stage of crosslinking or vulcanization, Matrix materials kept to form a cell structure will. This is usually very technical wall connected because the propellant gases tend to come out of the matrix materials to escape or become energetically more favorable unite large cells and the most desired high Leaving degree of distribution with many small single cells.
Zur Vermeidung dieser Nachteile hat man versucht, statt der oben erwähnten Zusätze oder zusätzlich zu diesen Zusätzen dem Ausgangsmaterial sogenannte Mikroballons zuzusetzen. Diese Mikroballons aus thermoplastischen Kunststoffen sind mit niedrigsiedenden Flüssigkeiten oder unter Druck stehenden Gasen gefüllt, z. B. Pentan oder Butan (DE-OS 14 95 485). Die Hüllen dieser Kunststoffhohlkörper bestehen aus besonders diffusionsbeständigen thermoplastischen Polymeren, wie Polyvi nylidenchlorid, Polyacrylnitril oder Kombinationen solcher diffusionsbeständiger Polymere.To avoid these disadvantages, one has tried instead of additives mentioned above or in addition to these additives Add so-called microballoons to the starting material. This Microballoons made of thermoplastic are included low-boiling liquids or pressurized Filled with gases, e.g. B. pentane or butane (DE-OS 14 95 485). The Envelopes of this hollow plastic body consist of special diffusion resistant thermoplastic polymers such as Polyvi nylidene chloride, polyacrylonitrile or combinations thereof diffusion resistant polymers.
Diese gasgefüllten Mikroballons werden zur Herstellung von Stoffen mit syntaktischer Schaumstruktur angewendet (Klempner, Frisch, Handbook of Polymeric Foam Technology, Chapt. 16, Carl Hanser Verlag 1991). Solche Schaumstoffe bestehen aus dem Matrixkunststoff, dem in den Mikroballons eingeschlossenen Gas und den diffusionsbeständigen, verformbaren und dehnbaren Hüllen, die das Gas umschließen.These gas-filled microballoons are used to manufacture Fabrics with a syntactic foam structure applied (plumbers, Frisch, Handbook of Polymeric Foam Technology, Chapt. 16, Carl Hanser Verlag 1991). Such foams consist of Matrix plastic, the gas trapped in the microballoons and the diffusion-resistant, deformable and stretchable Envelopes that enclose the gas.
Zur Herstellung der Schaumstoffe mit solchen syntaktischen, aus mindestens drei Komponenten bestehenden Strukturen, werden sowohl Mikroballons im vorexpandierten Zustand als auch Mikroballons im nichtexpandiertem Zustand verwendet.To produce the foams with such syntactic, structures consisting of at least three components both pre-expanded microballoons as well Microballoons used in the unexpanded state.
Im erstgenannten Fall werden die nichtexpandierten Mikrobal lons unter bestimmten Bedingungen expandiert (z. B. US 4 826 094) und dann in flüssige Reaktionsharze (ungesättigte Polyester, Epoxidharze, Polyurethane, z. B. US 4 843 104) oder flüssige Beschichtungsmassen, z. B. für den Unterbodenschutz von Kfz (de Walque, Expandierte Polymerkügelchen, Gummi, Fasern, Kunststoffe 11/94 - Jahrg. 47, S. 736-37) eingearbei tet. Die Harze oder Beschichtungsmassen härten wie bei den üblichen Anwendungen durch chemische Reaktion oder Verdunstung von Lösungs- oder Dispergiermitteln aus. Man erhält Feststoffe mit syntaktischer Schaumstruktur, die eine dem Mikroballon- Volumenanteil entsprechende Massereduzierung aufweisen.In the former case, the unexpanded microbal lons expanded under certain conditions (e.g. US 4,826,094) and then into liquid reactive resins (unsaturated Polyester, epoxy resins, polyurethanes, e.g. B. US 4 843 104) or liquid coating compositions, e.g. B. for underbody protection of motor vehicles (de Walque, expanded polymer beads, rubber, Fibers, plastics 11/94 - Year 47, pp. 736-37) incorporated tet. The resins or coating compositions harden as in the usual applications due to chemical reaction or evaporation from solvents or dispersants. Solids are obtained with a syntactic foam structure that matches the microballoon Show volume proportion corresponding reduction in mass.
Bei der Verwendung von nichtexpandierten Mikroballons, z. B. in wäßrigen Dispersionen (Ethylen-Vinylacetat-Copolymere oder Polyacrylate), PVC-Plastisolen oder Druckfarben, erfolgt die Einarbeitung und Verteilung in der Flüssigphase und die Expansion der Mikroballons durch Wärmeeinwirkung auf die Beschichtungen, wobei gleichzeitig Gelierung, Trocknung und Filmbildung ablaufen (Dokumentation "Unexpanded EXPANCEL Microspheres", Expancel Nobel Industries Sweden, 3.6.1991). Diese Verfahrensweise ist auf solche Anwendungen beschränkt, bei denen ein schneller Wärmeeintrag von außen erfolgen kann, wie dies bei Tapetenbeschichtungen oder der Trocknung von Druckfarben der Fall ist, oder wo durch exotherme chemische Reaktionen beim Aushärten von Reaktionsharzen die notwendige Wärme zur Expansion der Mikroballons im Inneren von zu formen den Schaumstoffteilen entsteht.When using unexpanded microballoons, e.g. B. in aqueous dispersions (ethylene-vinyl acetate copolymers or Polyacrylates), PVC plastisols or printing inks Incorporation and distribution in the liquid phase and the Expansion of the microballoons by exposure to heat Coatings, whereby gelation, drying and Film formation run (documentation "Unexpanded EXPANCEL Microspheres ", Expancel Nobel Industries Sweden, 3.6.1991). This procedure is limited to such applications where a quick heat input can take place from the outside, like this with wallpaper coatings or the drying of Printing inks is the case or where due to exothermic chemical Reactions when curing reactive resins the necessary Mold heat to expand the microballoons inside the foam parts are created.
Zur Erzielung von syntaktischen Schaumstrukturen besteht weiter die Möglichkeit, Hohlkörper mit starren Hüllen, z. B. Mikrohohlglaskugeln, in Harze einzuarbeiten. To achieve syntactic foam structures further the possibility of hollow bodies with rigid shells, for. B. Micro hollow glass spheres to be incorporated into resins.
Während beim Einsatz von Mikroballons in flüssigen Matrixstof fen keine großen Probleme auftreten, treten bei der Verwendung von gasgefüllten Hohlkörpern in thermoplastischen Kunststoffen in Extrusions- oder Spritzgußmaschinen erhebliche Schwierig keiten auf.While using microballoons in liquid matrix material If there are no major problems, use will occur of gas-filled hollow bodies in thermoplastic materials considerable difficulties in extrusion or injection molding machines come on.
Für bereits vorexpandierte Mikroballons gilt, wie z. B. auch für Mikrohohlglaskugeln, daß sie im Extruder oder in der Spritzgußmaschine durch die hohen Scherkräfte vor dem Schmel zen des Kunststoffes zerstört werden und daß die eingeschlos senen Gase dann ohne die Bildung der angestrebten Schaumstruk tur entweichen.For pre-expanded microballoons, such as Belly for hollow glass microspheres that they in the extruder or in the Injection molding machine due to the high shear forces before the melt zen of the plastic will be destroyed and that the trapped then gases without the formation of the desired foam structure door escape.
Da zum Aufschmelzen der Kunststoffe immer Temperaturen ober halb der Expansionstemperaturen der diffusionsbeständigen thermoplastischen Mikroballons notwendig sind, war es nahe liegend, den Einsatz von nichtexpandierten Mikroballons für Schäumverfahren vorzuschlagen (DE-OS 34 36 592). Dabei wird davon ausgegangen, daß die Expansion der Mikroballons durch den hohen Druck in den Kunststoffverarbeitungsmaschinen unterdrückt wird und erst nach dem Verlassen der Extrusions bzw. Spritzdüse erfolgt. Entgegen diesen Darstellungen ist der Druckaufbau während der Verarbeitung in Spritzgußmaschine bzw. Extruder nicht in allen Phasen gewährleistet, in denen es zum Expandieren der Mikroballons kommen kann.Because temperatures to melt plastic always above half the expansion temperatures of the diffusion resistant thermoplastic microballoons are necessary, it was close lying, the use of unexpanded microballoons for Propose foaming process (DE-OS 34 36 592). Doing so assumed that the expansion of the microballoons through the high pressure in the plastic processing machines is suppressed and only after leaving the extrusion or spray nozzle. Contrary to these representations is the Pressure build-up during processing in the injection molding machine or Extruder is not guaranteed in all phases in which it Expanding the microballoons can come.
Die Materialzufuhr- und Aufschmelzphasen sind in Extrudern und Spritzgußmaschinen weitgehend analog. Druck kann im Zylinder nur in den Prozeßabschnitten entstehen, in denen ein Abschluß gegen die Umgebungsbedingungen gegeben ist. Zum Austrittsende ist dies durch das Extrusionswerkzeug bzw. die Spritzdüse gewährleistet, die mit ihren relativ geringen Öffnungsquer schnitten im Verhältnis zur Menge der von der Schnecke geför derten Schmelze und deren Viskosität zum Rückstau der Masse und damit zum Druckaufbau führen. The material feed and melting phases are in extruders and Injection molding machines largely analog. Pressure can be in the cylinder only arise in the process sections in which a conclusion against the environmental conditions. To the exit end this is due to the extrusion tool or the spray nozzle ensures that with their relatively small opening cross cut in proportion to the amount of the snail derten melt and its viscosity to backflow the mass and thus lead to pressure build-up.
Der hermetische Abschluß des Extruder- bzw. Spritzgußmaschi nenzylinders zur Einzugsöffnung hin wird durch die voll ständige Ausfüllung des Volumens zwischen Schneckenkern und Zylinderwandung erreicht. Solange dieses Volumen noch überwie gend mit festen, unaufgeschmolzenen und gegeneinander bewegten Kunststoffpartikeln gefüllt ist, kann kein vollständiger Abschluß und damit auch kein Druckaufbau erfolgen. Erst ein relativ hoher Schmelzeanteil zwischen den Feststoffpartikeln gewährleistet den druckfesten Verschluß.The hermetic seal of the extruder or injection molding machine cylinder towards the feed opening is full constant filling of the volume between the screw core and Cylinder wall reached. As long as this volume still exceeded with solid, unmelted and moving against each other Plastic particles are filled, can not be complete Completion and therefore no pressure build up. First one relatively high melt content between the solid particles ensures the flameproof closure.
Damit die Masse schmilzt, muß ihr von außen über die Zylinder wandung Wärme zugeführt werden. Die Temperaturen in diesem Zylinderabschnitt müssen deutlich über der Schmelztemperatur des jeweiligen Kunststoffes liegen (in der Regel mindestens 25 K), um in der kurzen zur Verfügung stehenden Zeitspanne eine ausreichende Wärmeübertragung auf den Kunststoff zu erreichen.So that the mass melts, you have to use the cylinders from the outside wall heat can be supplied. The temperatures in this Cylinder section must be well above the melting temperature of the respective plastic (usually at least 25 K) in the short time available to achieve sufficient heat transfer to the plastic.
Die untere Grenze für Schmelztemperaturen von für Formteile eingesetzten Kunststoffen liegt bei 375 K (z. B. EVA, LD-PE).The lower limit for melting temperatures for molded parts The plastic used is 375 K (e.g. EVA, LD-PE).
Die Expansion der Mikroballons beginnt je nach Typ im Bereich zwischen 350 K und 395 K. Es ergibt sich damit zwangsläufig eine Überschneidung der Zylindertemperaturen in der Auf schmelzzone mit den Temperaturen des Expansionsbeginns der Mikroballons.The expansion of the microballoons begins depending on the type in the area between 350 K and 395 K. This inevitably results an overlap of cylinder temperatures in the up melting zone with the temperatures of the beginning of expansion of the Microballoons.
Die Wärmekapazität der ca. 10 µm großen Mikroballons ist weiterhin um Größenordnungen kleiner als die der ca. 0,5 mm (im Fall von Kunststoffpulver) bis 5 mm großen Kunststoffpar tikel. Sie werden dementsprechend viel schneller als die Kunststoffpartikel über ihren Gesamtquerschnitt durch den beheizten Extruderzylinder erwärmt. Die Mikroballons beginnen folglich zu expandieren, während die Kunststoffpartikel noch gar nicht oder nur oberflächlich geschmolzen sind. Infolge der Schneckenbewegung treten zwischen den Kunststoffpartikeln große Scherkräfte auf, die die expandierenden Mikroballons zerstören, so daß sie nicht mehr für die Ausbildung eines syntaktischen Schaumgefüges zur Verfügung stehen.The heat capacity of the approximately 10 µm large microballoons is still orders of magnitude smaller than that of the approx. 0.5 mm (in the case of plastic powder) up to 5 mm plastic par article. Accordingly, they will be much faster than that Plastic particles over their entire cross section through the heated extruder barrel heated. The microballoons begin consequently, while the plastic particles are still expanding not melted at all or only superficially. As a result of Screw movement occurs between the plastic particles large shear forces on the expanding microballoons destroy so that they are no longer for training a syntactic foam structure are available.
Das vorbekannte Verfahren (DE-OS 34 36 592) ist folglich nur auf niedrig schmelzende Kunststoffe mit Schmelz- oder Erwei chungsbereichen unter 375 K anwendbar, die für den normalen Gebrauch als Schaumkunststoffteile kaum relevant sind. Für Kunststoffe mit Schmelztemperaturen über 380 K, wie sie in Form von LD-PE, HD-PE, hochmolekulare EVA-Copolymere mit Vinylacetat-Anteilen unter 30%, PP oder PS allgemein gebräuch lich sind, ist dieses Verfahren nicht anwendbar.The previously known method (DE-OS 34 36 592) is consequently only on low-melting plastics with melting or softening ranges below 375 K applicable for normal Use as foam plastic parts are hardly relevant. For Plastics with melting temperatures above 380 K, as in Form of LD-PE, HD-PE, high molecular EVA copolymers with Vinyl acetate fractions below 30%, PP or PS generally used Lich, this procedure is not applicable.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens zum Herstellen von thermoplastischen Kunststoff schäumen mit syntaktischer Schaumstruktur mittels Extrusions- oder Spritzgußmaschinen unter Verwendung von Mikroballons, bei dem auch Massenkunststoffe verwendet werden können, deren Schmelz- oder Erweichungstemperaturen im Bereich der Expansi onstemperatur der Mikroballons oder über diesem Bereich liegen.The object of the invention is to create a Process for the production of thermoplastic foaming with syntactic foam structure using extrusion or injection molding machines using microballoons, at which can also be used in bulk plastics Melting or softening temperatures in the area of the expansion temperature of the microballoons or above this range lie.
Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß weiche und/oder niedrigschmelzende Kunststoffe oder unvulkanisierte Kautschuke mit Anteilen von 5 bis 50% dem Massenkunststoff vor der Extrusions- bzw. Spritzgußverarbeitung zugemischt werden.The solution according to the invention is that soft and / or low-melting plastics or unvulcanized rubbers with proportions of 5 to 50% of the bulk plastic before the Extrusion or injection molding processing are added.
Durch die Erfindung wird ein Verfahren geschaffen, mit dem thermoplastische, nichtexpandierte gasgefüllte Mikroballons in allgemein gebräuchliche Massenkunststoffe wie LD-PE, HD-PE, hochmolekulare EVA-Copolymere mit Vinylacetat-Anteilen unter 30%, PP oder PS zum Extrusionsschäumen und für Schaumspritzguß eingearbeitet werden können. Die Effektivität der Schaumbil dung kommt der theoretisch möglichen Expansion durch die Mikroballons nahe, und die Struktur des gebildeten Schaums ist über den Querschnitt der Teile gleichmäßig und entspricht nahezu in seiner Zellgröße den Abmessungen frei expandierter Mikroballons. Bei der Extrusion des Schaums kann weitgehend unabhängig vom Druck im Extruder, damit unabhängig vom Düsenquerschnitt, ohne zusätzliche Rege lung der Massetemperatur und ohne die bei der Schaumextrusion üblichen technischen Maßnahmen (überlange Schnecken, Schmelze konditionierung, spezielle Werkzeugkonstruktionen etc.) gearbeitet werden. Die extrudierte Schaumschmelze ist frei formbar und weist keine Tendenz zur Formänderung oder zu Einfallstellen während der Abkühlung und Erstarrung auf.The invention provides a method with which thermoplastic, unexpanded gas filled microballoons in commonly used bulk plastics such as LD-PE, HD-PE, high molecular EVA copolymers with vinyl acetate content below 30%, PP or PS for extrusion foaming and for foam injection molding can be incorporated. The effectiveness of the foam the theoretically possible expansion gets through the microballoons close, and the structure of the formed Foam is even and across the cross section of the parts corresponds almost freely in its cell size to the dimensions expanded microballoons. When extruding the Foam can be largely independent of the pressure in the extruder, independent of the nozzle cross-section, without additional rain temperature and without the foam extrusion usual technical measures (long screws, melt conditioning, special tool designs etc.) be worked. The extruded foam melt is free malleable and has no tendency to change shape or to Sink marks during cooling and solidification.
Das Verfahren der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß den zu verarbeitenden Matrixkunststoffen, deren Erweichungs- oder Schmelztemperaturen zwischen 375 K und 450 K liegen können, Komponenten zugemischt werden, die bereits vor dem Erreichen der Temperaturen, bei denen die Expansion der Mikroballons unter Normalbedingungen beginnen würde, Schmelzanteile bilden, also bei Temperaturen unter 375 K. Solche Komponenten können niedrigschmelzende, sehr weiche Kunststoffe oder unvernetzte Kautschuke sein. Durch die früh gebildeten Schmelzanteile wird der Aufbau von Druck noch vor dem Schmelzen des Matrixkunst stoffes ermöglicht und die Expansion der Mikroballons im Extruder oder der Spritzgußmaschine während der Existenz fester, höherschmelzender Matrixkunststoffanteile wirksam verhindert. Außerdem wird die Einwirkung von Scherkräften auf die Mikroballons dadurch weitgehend vermieden. Weiterhin halten die nichtexpandierten Mikroballons einwirkenden Scher kräften weitaus besser stand als expandierte oder solche, die sich gerade im Zustand der Expansion befinden.The method of the invention is characterized in that the to process matrix plastics, their softening or Melting temperatures can be between 375 K and 450 K, Components are mixed in before they are reached the temperatures at which the expansion of the microballoons would start under normal conditions, form melt portions, So at temperatures below 375 K. Such components can low melting, very soft plastics or uncrosslinked Be rubbers. Due to the early formation of melt components building pressure even before melting the matrix art enables the expansion of the microballoons in the fabric Extruder or the injection molding machine during existence firm, higher melting matrix plastic parts effective prevented. It also acts on shear forces the microballoons largely avoided. Farther hold the unexpanded microballoons acting shear forces far better than expanded or those who are currently in the state of expansion.
Das Expansionsvermögen der Mikroballons wird so für das scherwirkungsfreie Stadium nach dem Verlassen der Extruder- oder Spritzdüse bewahrt und zur Ausbildung der angestrebten syntaktischen Schaumstrukturen nahezu vollständig nutzbar gemacht.The expansion capacity of the microballoons is so for that non-shear stage after leaving the extruder or spray nozzle preserved and to train the desired Almost completely usable syntactic foam structures made.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform wird von gemahlenen Matrixkunststoffen ausgegangen, mit denen die nichtexpan dierten Mikroballons und die Zusatzkomponenten vor dem Extru dieren gemischt werden. Dadurch wird ein hoher Verteilungsgrad der Mikroballons im Kunststoff bereits vor der Verarbeitung über die Schmelze erreicht.In an advantageous embodiment of ground Matrix plastics with which the non-expand dated microballoons and the additional components before the extru be mixed. This creates a high degree of distribution of the microballoons in the plastic before processing reached over the melt.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteran sprüchen angegeben.Further advantageous embodiments are in the Unteran sayings.
Die Gestaltung der Prozeßabläufe nach der Aufschmelzphase erfolgt dann weitgehend analog der Verfahrensweise bei der Verarbeitung ungeschäumter Kunststoffe. Beim Extrusionsschäu men kann ohne die sonst üblichen zusätzlichen Vorkehrungen der speziellen Schmelzekonditionierung (Massedruck-, Temperatur- und Viskositätsbeinflussung) und auch ohne aufwendige Folge einrichtungen zur Stabilisierung der Schaumstruktur nach der Extrusion verfahren werden. Es ist möglich, mit großen Aus trittsquerschnitten der Extrusionswerkzeuge zu arbeiten, die im Extruder nur geringen Druckaufbau, z. B. 10 bar, bewirken. Zum Vergleich sind z. B. für die Profilschaumextrusion von Polypropylen mit chemischen Treibmitteln ca. 180 bar erforder lich, für PVC-hart-Schaumprofile ca. 300 bar.The design of the process flows after the melting phase is then largely analogous to the procedure at Processing of non-foamed plastics. When extrusion foaming can be done without the usual additional precautions of special melt conditioning (melt pressure, temperature and influencing viscosity) and also without complex consequences devices for stabilizing the foam structure after the Extrusion process. It is possible with great out tread sections of the extrusion dies to work only slight pressure build-up in the extruder, e.g. B. 10 bar. For comparison, e.g. B. for profile foam extrusion Polypropylene with chemical blowing agents approx. 180 bar required Lich, for PVC hard foam profiles approx. 300 bar.
Die mikroballon-haltige Schmelze expandiert nach dem Verlassen der Werkzeugöffnung soweit, bis im Inneren der Ballons dem Umgebungsdruck entsprechende Drücke herrschen. Die Schmelze ist volumen-konstant verformbar und kann entweder zur Füllung von Spritzgußwerkzeugen genutzt oder beim Extrusionsschäumen mit den relativ einfachen Mitteln der Formgebung bei der Profilextrusion ohne Schaumstruktur oder auch mittels Profil walzen geformt werden, ohne daß nachträgliche Verformungen der Profilquerschnitte während der Abkühlung und Verfestigung durch Erstarrung eintreten.The melt containing the microballoons expands after leaving the tool opening until the inside of the balloons Corresponding pressures prevail. The melt is constantly deformable in volume and can either be used for filling used by injection molding tools or in extrusion foaming with the relatively simple means of shaping the Profile extrusion without foam structure or using a profile Rolls are formed without subsequent deformation of the Profile cross-sections during cooling and solidification to enter through solidification.
Zylindergranulat aus einem Polyethylen mit einer Dichte von 0,918 g/cm³, einem Schmelzpunkt von ca. 380 K und einem Schmelzindex bei 563 K von 21 bis 23 g/600 s wird mit 0,5% Mineralöl benetzt. Anschließend werden 3% nichtexpandierte Mikroballons untergemischt, die aus einer Polyacrylnitril-Hül le und ca. 18 Gew.-% eingeschlossenen Isopentan bestehen. Diese Mikroballons beginnen bei ca. 400 K zu expandieren. Die Mischung soll zu einem syntaktischen Schaum extrudiert werden.Cylinder granules made of a polyethylene with a density of 0.918 g / cm³, a melting point of about 380 K and one Melt index at 563 K from 21 to 23 g / 600 s is 0.5% Mineral oil wetted. Then 3% are not expanded Microballoons mixed in, made from a polyacrylonitrile envelope le and about 18 wt .-% included isopentane. These microballoons start to expand at around 400 K. The Mixture is to be extruded into a syntactic foam.
Geht man von einem möglichen Expansionsgrad der Mikroballons von 40 aus, so müßte bei einer Verfahrensweise gem. DE-OS 34 36 592 und bei vollständiger Ausnutzung des Ausdehnungsvolu mens der expandierten Mikroballons in der Kunststoffschmelze ein Schaumextrudat mit der Dichte von ca. 0,3 g/cm³ entstehen.If one assumes a possible degree of expansion of the microballoons from 40, a procedure according to DE-OS 34 36 592 and with full use of the expansion volume expanded microballoons in the plastic melt a foam extrudate with a density of about 0.3 g / cm³.
Die Mischung wird in einem Laborextruder mit 28 mm Schneckendurchmesser, wassergekühlter Einzugszone und einheitlichen Temperaturen von 403 K an allen Zylinderzonen und am Extrusionswerkzeug verarbeitet. Die Extrusion erfolgt durch eine 5 mm-Runddüse.The mixture is in a laboratory extruder with 28 mm Screw diameter, water-cooled feed zone and uniform temperatures of 403 K in all cylinder zones and processed on the extrusion tool. The extrusion takes place through a 5 mm round nozzle.
Das aus der Düse tretende Extrudat weist eine unregelmäßige, zerrissene Oberfläche auf. Es schwillt nach dem Verlassen der Düse kurzzeitig stark an, um anschließend vollkommen unregelmäßig zu kollabieren. Der extrudierte Strang weist keine ausreichende Festigkeit auf, um mit einer Vorrichtung kontinuierlich abgezogen zu werden. Im Inneren weist er eine grobzellige. Unregelmäßige und faltige Struktur auf.The extrudate emerging from the nozzle has an irregular, torn surface. It swells after leaving the Shortly strongly nozzle, afterwards completely collapse irregularly. The extruded strand points insufficient strength to work with a device to be deducted continuously. He has one inside coarse-celled. Irregular and wrinkled structure.
Aus dem gleichen PE-Typ wie in Beispiel 1. wird ein Pulver mit einer Korngrößenverteilung unter 315 µm hergestellt. In dieses PE-Pulver werden 10% eines unter 2 mm gemahlenen, unvernetz ten Ethylen-Propylen-Dienpolyrnerisat-Kautschuks (EPDM, Shore A-Härte 35) eingemischt, außerdem 2% Mikroballons vom glei chen Typ wie unter 1. A powder is made from the same PE type as in Example 1 a grain size distribution of less than 315 µm. In this PE powders become 10% of a non-cross-linked ground under 2 mm ethylene-propylene-diene polymer rubber (EPDM, Shore A hardness 35) mixed in, also 2% microballoons of the same Chen type as under 1.
Diese Vormischung wird unter den gleichen Bedingungen wie unter 1. auf dem Laborextruder verarbeitet.This premix is made under the same conditions as processed under 1. on the laboratory extruder.
Es wird ein sehr gleichmäßiger, weißer Strang extrudiert, der sich problemlos mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten abziehen und zu verschieden Durchmessern ausziehen läßt. Über den Querschnitt weist er eine sehr gleichmäßige Schaumstruktur auf. Die einzelnen Schaumzellen an einer glatten Schnittfläche sind so fein, daß sie mit bloßem Auge nicht erkennbar sind. Die Dichte des Schaumstranges beträgt 0,46 g/cm³. Das bedeu tet, daß das maximal mögliche Expansionsvolumen der Mikrobal lons nahezu vollständig zur Bildung eines Schaumstoffes mit syntaktischer Struktur genutzt wurde.A very uniform, white strand is extruded, the yourself easily at different speeds pull off and pull out to different diameters. over the cross section has a very uniform foam structure on. The individual foam cells on a smooth cut surface are so fine that they cannot be seen with the naked eye. The density of the foam strand is 0.46 g / cm³. That means tet that the maximum possible expansion volume of the microbal lons almost completely to form a foam with syntactic structure was used.
Der gleiche Versuch wie unter 2. wird wiederholt, aber mit 3% Mikroballons vom PAN-Typ, anlog zu Beispiel 1.The same experiment as in 2. is repeated, but with 3% PAN-type microballoons, analogous to example 1.
Es wird erneut ein gleichmäßiger und abzugsfähiger Schaumstrang extrudiert, dessen homogene und feine Zellstruktur mit bloßem Auge nicht erkennbar ist. Die Dichtemessung des Schaumprofils ergibt 0,295 g/cm³, wodurch die nahezu vollständige Nutzung des Expansionsvolumens der Mikroballons zur Bildung der syntaktischen Schaumstruktur belegt wird.It becomes an even and removable foam strand extruded, its homogeneous and fine cell structure with bare Eye is not recognizable. The density measurement of the foam profile yields 0.295 g / cm³, which makes it almost completely usable the expansion volume of the microballoons to form the syntactic foam structure.
Ein granulatförmiges Ethylen-Vinylacetat-Copolymeres mit 16% VAc-Anteil, einem Schmelzindex von 1,5 g/600 s, einem Schmelz punkt von ca. 365 K, einer spezifischen Dichte von 0,936 g/cm³ und einer Shore A-Härte von 92 wird mit 0,5% Mineralöl benetzt. Es werden 3% Mikroballons mit einer Hülle aus Acrylnitril-Vinylidenchlorid-Copolymer untergemischt, deren Expansion bei ca. 378 K beginnt. A granular ethylene-vinyl acetate copolymer with 16% VAc content, a melt index of 1.5 g / 600 s, a melt point of approx. 365 K, a specific density of 0.936 g / cm³ and a Shore A hardness of 92 comes with 0.5% mineral oil wetted. There are 3% microballoons with an envelope Acrylonitrile-vinylidene chloride copolymer mixed, the Expansion begins at around 378 K.
Diese Mischung wird analog der Mischung unter 1., aber bei 400 K Zylinder- und Werkzeugtemperatur mit dem Laborextruder verarbeitet.This mixture is analogous to the mixture under 1., but at 400 K. Cylinder and tool temperature with the laboratory extruder processed.
Der aus tretende Schaumstrang ist zwar nicht so unregelmäßig und zerrissen wie der von Beispiel 1. sondern gleichmäßig und glatt. Der Kunststoff ist jedoch mit 0,85 g/cm³ kaum aufge schäumt. Die Mikroballons sind offensichtlich während des Aufschmelzens des EVA-Granulats im Extruder zum großen Teil zerstört worden und konnten nicht zur Bildung einer syntakti schen Schaumstruktur genutzt werden.The emerging foam strand is not so irregular and torn like that of Example 1. but evenly and smooth. However, the plastic is barely up at 0.85 g / cm³ foams. The microballoons are evident during the Much of the EVA granulate is melted in the extruder have been destroyed and failed to form a syntacti foam structure.
Ethylen-Vinylacetat-Copolymeres wie in Beispiel 4. wird mit 30% gemahlenen EPDM-Kautschuk wie in Beispiel 2. gemischt und mit 0,5% Mineralöl benetzt. Es werden 3% Mikroballons analog Beispiel 4. mit PAN/PVDC-Hülle untergemischt. Anschlie ßend erfolgt die Verarbeitung auf dem Laborextruder, ebenfalls analog Beispiel 4.Ethylene-vinyl acetate copolymer as in Example 4. is 30% ground EPDM rubber as in Example 2. mixed and wetted with 0.5% mineral oil. There will be 3% microballoons analogous to Example 4. with PAN / PVDC casing mixed in. Then Processing is carried out on the laboratory extruder, too analogous to example 4.
Es wird ein Schaumstrang mit sehr feiner gleichmäßiger Zellstruktur extrudiert, der eine Dichte von 0,285 g/cm³ besitzt und im übrigen Eigenschaften wie in den Beispielen 2. und 3. besitzt.It becomes a foam strand with a very fine even Cell structure extruded, which has a density of 0.285 g / cm³ has and the rest of the properties as in Examples 2. and 3. owns.
PE-Pulver analog Beispiel 2. wird mit 40% eines Granulats gemischt, das zu gleichen Teilen aus einem LLD-PE und hochmolekularem Polyisobutylen besteht. Die letztgenannte Komponente ist unter Normalbedingungen bereits hochviskos fließfähig. Es werden 2,5% Mikroballons vom PAN-Typ analog Beispiel 2. homogen untergemischt, und es erfolgt erneut eine Verarbeitung auf dem Laborextruder unter den bei 1. beschrie benen Konditionen. PE powder analogous to Example 2. with 40% of a granulate mixed, the equal parts from an LLD-PE and high molecular weight polyisobutylene. The latter Component is already highly viscous under normal conditions flowable. 2.5% of PAN-type microballoons become analog Example 2. homogeneously mixed, and there is again Processing on the laboratory extruder under the described at 1. conditions.
Es wird erneut ein Schaumstrang mit sehr feinzelliger syntaktischer Schaumstruktur extrudiert, der eine Dichte von 0,43 g/cm³ aufweist.Again, a strand of foam with very fine cells extruded syntactic foam structure that has a density of 0.43 g / cm³.
Pulver unter 500 im aus einem Polypropylen-Homopolymeren mit einem Schmelzindex von 12 g/600 s und einer Schmelztemperatur von 435 K wird mit 30% EPDM-Kautschuk analog 2. und 3% Mikroballons vom PAN-Typ gemischt. Die anschließende Extrusion auf dem Laborextruder bei Zylinder- und Werkzeugtem peraturen von 455 K führt zu einem gleichmäßigen und feinzel ligen Schaumstrang, der äußerlich den Schaumprofilen der vorhergehenden Beispiele gleicht.Powder under 500 im with a polypropylene homopolymer a melt index of 12 g / 600 s and a melting temperature of 435 K is made with 30% EPDM rubber analogous to 2nd and 3% Mixed PAN type microballoons. The subsequent one Extrusion on the laboratory extruder for cylinder and tool parts temperatures of 455 K result in a uniform and fine lige foam strand, the outside of the foam profiles of the previous examples are the same.
Das mechanische Verhalten nach dem Erstarren wird durch die höhere Härte und Steifigkeit des PP geprägt. Die Dichte des Schaumes beträgt 0,35 g/cm³, woraus erneut eine hochgradige Nutzung der Mikroballons zur Schaumbildung geschlossen werden kann. Dies ist insbesondere deswegen von großer Bedeutung im Sinne der Erfindung, da die Schmelztemperatur des PP mit 435 K weit oberhalb des Temperaturbereiches von ca. 400 K liegt, in dem die Expansion der Mikroballons beginnt.The mechanical behavior after solidification is determined by the higher hardness and rigidity of the PP. The density of the Foam is 0.35 g / cm³, which is again a high grade Use of the microballoons to close the foam can. This is particularly important because of this Purpose of the invention, since the melting temperature of the PP with 435 K is far above the temperature range of approx. 400 K, in where the expansion of the microballoons begins.
Auch aus diesem Ausführungsbeispiel folgt die Anwendbarkeit der Erfindung auf Kunststoffe, deren Schmelzbereiche deutlich oberhalb der Expansionstemperaturen der Mikroballons liegen.The applicability also follows from this exemplary embodiment of the invention on plastics, their melting ranges clearly are above the expansion temperatures of the microballoons.
Pulver mit einer Korngrößenverteilung unter 1000 µm aus einem Polystyrol mit einem Schmelzindex von 10 g/600 s und einem Erweichungsbereich von 395 K bis 405 K wird mit 20% eines granulatförmigen Polybutadien-Kautschuk mit 30% kristalliner Anteile und einem Schmelzbereich von ca. 355 K und 3% Mikro ballons vom PAN-Typ gemäß Beispiel 2. gemischt. Die anschlie ßende Extrusion auf dem Laborextruder bei Zylinder und Werkzeugtemperaturen von 445 K führt zu einem gleichmäßigen Schaumstrang, der äußerlich und in seiner Zellstruktur den Schaumprofilen der vorhergehenden Beispiele gleicht.Powder with a grain size distribution below 1000 µm from one Polystyrene with a melt index of 10 g / 600 s and one Softening range from 395 K to 405 K becomes one with 20% granular polybutadiene rubber with 30% crystalline Proportions and a melting range of approx. 355 K and 3% micro PAN-type balloons mixed according to Example 2. The subsequent extrusion on the laboratory extruder with cylinder and Tool temperatures of 445 K lead to a uniform one Foam strand, the outside and in its cell structure Foam profiles are the same as in the previous examples.
Das mechanische Verhalten nach dem Erstarren wird durch die höhere Härte und Steifigkeit des PS geprägt. Die Dichte des Schaumes beträgt 0,38 g/cm³, woraus erneut eine hochgradige Nutzung der Mikroballons zur Schaumbildung folgt. Damit wird die Anwendbarkeit der Erfindung erneut auch für solche Kunst stoffe nachgewiesen, deren Schmelzbereich oberhalb von 380 K liegt.The mechanical behavior after solidification is determined by the higher hardness and rigidity of the PS. The density of the Foam is 0.38 g / cm³, which is again a high grade Use of the microballoons for foam formation follows. So that will the applicability of the invention again for such art substances with a melting range above 380 K lies.
Auf einem 90-mm-Einschneckenextruder mit einem Länge/Durchmesser-Verhältnis von 20 wird eine Mischung aus LD-PE-Pulver und 15% EPDM-Kautschuk und 2% Mikroballons vom PAN-Typ analog 2. verarbeitet.On a 90 mm single screw extruder with one Length / diameter ratio of 20 will be a mix of both LD-PE powder and 15% EPDM rubber and 2% microballoons from PAN type analog 2. processed.
Die Drehzahl der Schnecke beträgt 120 min-1, die Zylinder- und Werkzeugtemperaturen betragen 395 K bis 405 K bei wasserge kühlter Einzugszone. Es stellt sich eine konstante Massetemperatur der Schmelze vor der Schneckenspitze von 401 K ein, der Massedruck beträgt konstant für Schaumextrusionsp rozesse unüblich niedrige 10 bar. Die Extruderdüse besteht aus einem rechteckigem Spalt von 150 mm Breite und 7 mm Weite. Der Durchsatz beträgt ca. 180 kg/h.The speed of the screw is 120 min -1 , the cylinder and tool temperatures are 395 K to 405 K with a water-cooled feed zone. A constant melt temperature of 401 K occurs in front of the screw tip, the melt pressure is constantly low at 10 bar, which is unusually low for foam extrusion processes. The extruder nozzle consists of a rectangular gap 150 mm wide and 7 mm wide. The throughput is approx. 180 kg / h.
Das aus der Düse tretende Schaumextrudat wird auf ein gekühl tes, langsamlaufendes Walzenpaar geleitet, auf dem es einen Wulst bildet. Zwischen den Walzen ist ein Profil mit Rechteckquerschnitt als Spalt ausgespart, der die Abmessungen 180 mm × 12 mm besitzt. Nach dem Passieren der Profilwalzen wird das Schaumprofil in einem Wasserbad gekühlt und mit gebräuchlicher Technik auf Länge abgeschnitten.The foam extrudate emerging from the nozzle is cooled t, slow-running pair of rollers on which there is a Bead forms. There is a profile between the rollers Rectangular cross-section cut out as a gap, reflecting the dimensions 180 mm × 12 mm. After passing the profile rollers the foam profile is cooled in a water bath and with common technique cut to length.
Die erzeugten Schaumplatten weisen die gleiche homogene, feinzellige, syntaktische Schaumstruktur wie bei den Beispie len 2., 3., 5., und 6. auf, sind vollständig planparallel und formstabil. Die Dichte beträgt 0,49 g/cm³.The foam sheets produced have the same homogeneous, fine-celled, syntactic foam structure as in the examples len 2nd, 3rd, 5th, and 6th, are completely plane-parallel and dimensionally stable. The density is 0.49 g / cm³.
Damit ist die Übertragbarkeit der Ergebnisse aus den vorange gangenen Beispielen im Labormaßstab auf technische Produkti onsanlagen bestätigt.This is the portability of the results from the previous examples given on a laboratory scale on technical products systems confirmed.
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