NO894583L - Fremgangsmaate for fremstilling av celleplast. - Google Patents

Description

FREMGANGSMÅTE FOR FREMSTILLING AV CÉt$$frøftS$-

TEKNIKKENS STAND

Produksjon av celleplast (skumplast) av termoplastiske materialer er

sterkt økende. De viktigste grunnene for dette er lavt råvareforbruk i forhold til volum og høy termisk isolasjonsevne. I dag gjelder generelt ved bruk av plastmaskiner for kontinuerlig produksjon av skumplast som f.eks. ekstrudere, at det for oppskumming av celleplast med lav egenvekt brukes fysikalsk esemiddel. For hjøryere egenvekter er vanligvis kjemiske drivmiddel basis for skumprosessen.

De termoplaster som er best egnet for oppskumming, er:

Polysteroler (PS) inkl. polymerisater (HIPS,SB,SAN, ABS)

Polyetylen (LDPE) og kopolymerisat (EVA)

Polyvinylclorider (PVC) inkl. polyblends

Polypropylener (PP)

Gunstige forutsetninger for oppskumming er gitt når smelteviskositeten

til råstoffet faller langsomt og jevnt i temperaturområdet for mukning. Derfor er de amorphe termoplastene lettere å oppskumme enn

polyolefinene. Delkrystallinene termoplaster blir derfor kjemisk eller strålefornettet fjerr eller i forbindelse med oppskummingen. Derved oppnås en gunstigere viskositetskurve.

Ved ekstrudering av plastskum, er selve oppskummingsprosessen avhengig

av viskositeten og smeltens strekkevne, esemiddelets gasstrykk, det ytre trykk og vekselvirkningen mellom smeiten og esemiddelet.

Fordi plastskum har større friksjon mot veggen i et verktøy enn en uekspandert plastmasse, er det vanligvis ønskelig at oppskummingen først inntrer etter at plastsmelten har forlatt verktøyet. En forutsetning for det er at det ytre trykket på smeiten som inneholder virksomt esemiddel,

er høyt nok til å motvirke ekspansjon. Etter plastbearbeidingsmaskinens verktøy synker det utvendige trykket på plastmassen, og plasten ekspanderer på grunn av overmetting av gassen i plastmassen.

En prosessparameter som har stor innflytelse på cellestruktur og dermed ekstrudatets kvalitet, er massetemperaturen. Ved for lav massetemperatur, vil p.g.a. en relativt høy smelteviskositet, plastmassen ikke kunne ekspandere fullt, og en får en relativt høy egenvekt. Er massetemperaturen forhøy, vil smelteviskositeten bli lav, - noe som igjen fører til oppriving av gasscellene.

For a kunne produsere plastskum med lav egenvekt, tette celler og jevn egenvekt er det nødvendig a produsere et ekstrudat hvor gasscsllene ikke blir revet i stykker p.g.a. ulik hastighet i strømmngsretning ved utløp av formverktøyet hvor trykket reduseres og gassceilene dannes. Det er samtidig nødvendig å ha etytre trykk pa plastmassen bade i plastbearbeidingsmaskinen og i verktøyet som hindrer ekspansjon av plastmassen.

Dise to kriterier er i dag svært begrensende på mulighetene for å produsere tykke profiler av plastskum med tette celler i en automatisk prosess hvor plastskummet har lav egenvekt som er jevn over hele tverrsnittet. Dette gjelder spesielt ved bruk av kjemisk esemiddel fordi gasstrykket i kjemisk esemiddel (som f.eks. azodikarbonamid) er langt høyere enn gasstrykket i de fysikalske esemiddlsne som normalt brukes (f.eks. KFK-gasser).

Det er ofte ønskelig å kunne benytte kjemisk esemiddel også for tykkere plastskumprodukter fordi selve produksjonsprosessen vanligvis er enklere enn ved bruk av fysikalsk esemiddel, og sluttproduktets egenskaper kan vanligvis styres bedre enn ved bruk av fysikalsk esemiddel. Dette kommer bl.a. av det høyere gasstrykket i kjemisk esemiddel, i forhold til fysikalsk esemiddel.

Det sr utviklet forkjellige verktøyprinsipper i forbindelse med kontinuerlig produksjon av skum, spesielt i forbindelse med ekstrudering. Et ekstruderingsverktøy har spesielt to viktige funksjoner: 1)

Oppbygging av tilstrekkelig trykk i verktøy og ekstruder,

2)

Forming av ekstrudatet ti! ønsket form.

Kontinuerlig oppskumming av termoplast foregår på to prinsipielt forskjellige måter:

1) Fri oppskumming

2) Styrt oppskumming innover

Fri oppskumming brukes vanligvis til relativt enkle profiler. Det oppskummede ekstrudatet fanges normalt opp av en kalibreringsenhet i kort avstand etter utløp av verktøyet. Det nødvendige massetrykket i verktøyet bygges normalt opp av verktøyets lepper. Ved oppskumming innover sitter kalibreringsenheten fast på selve verktøyet.

Kalibreringsenheten har den samme innnvendige form som verktøydysen. Smeiten blir utvendig kjølt og holdt fast til kalibreringsenhetens vegger ved hjelp av våkum. Samtidig gjør en innsats i verktøyet det mulig for ekstrudatet å ekspandere innover i kalibreringsenheten. Denne metoden brukes til fremstilling av rør, plater og profiler. Sluttproduktet har en kompakt glatt hud med lavere egenvekt mot kjernen. Denne metoden er kjent som "Celuka-prosessen".

Det finnes kombinasjoner av metoden for fri oppskumming og Teluka-prosessen". Det produseres også hule profiler med et prinsipp lignende "celuka-prosessen".

Det benyttes også forskjellige prinsipper med koekstrudering av uekspandert hudmaterialer og oppskummet kjernematerialer.

Et prinsipp som er basert på nødvendigheten av trykkoppbygning i verktøyet og nødvendigheten av å unngå for mye skjæring av materialer ved oppskumming, er den såkalte "Woodlite-prosessen". Dette eren metode for ekstrudering av oppskummede strenger som etter utløp av verktøyet sammelimes til en enhet. Det endelige ekstrudatet har imidlertid ujevn struktur og lav bøyestyrke på grunn av tildels dårlig sammenliming av de forskjellige delekstrudatene.

Et prinsipp som benyttes for produksjon av opskummede rør er "Armocell-prosessen". Ved hjelp av en spesiell konstruksjon av flytekanalen i verktøyet, bygges det opp tilstrekkelig trykk som forhindrer for tidlig ekspansjon av smeiten. Det oppskummede røret holdes etter kort avstand fra verktøyet av en kalibreringsenhet.

BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN

Den foreliggende oppfinnelse gir mulighet for kontinuerlig produksjon av plastskum av hvilken som helst termoplast med kjemisk eller med fysikalsk esemiddel med store tverrsnitt og lav egenvekt med tette celler. Den foreliggende oppfinnelse består av en verktøyenhet som er bygget opp av en kjøleenhet, en holde/bremseenhet og evt. en varmeenhet. Enhetene kan være separate eller de kan være konstruert i kombinasjon med hverandre. Ved bruk av oppfinnelsen oppstår det ikke skjæring og istykkerriving av cellene ved utgang av verktøyet. Det kan dermed brukes langt mer esemiddel enn det har vært mulig til nå, samtidig som en kan bruke langt større tykkelser på ekstrudatet enn tidligere.

Den foreliggende oppfinnelse går ut på at ekstrudatet ved utgang av produksjonsverktøyet (f.eks. ekstruderverktøy), nedkjøles i en kjøleenhet uten friksjon mellom plastmasse og kjøleenhet. I praksis vil det ofte være noe friksjon, men friksjonen må holdes på et minimalt nivå. Kjølingen av plastmassen foregir til piastmassen er tilstrekkelig nedkjølt til at den blir relativt stiv. Nar ekstrudatet er stivt nok, holdes/bremses ekstrudatet slik at det bygges opp et trykk fremover mot verktøyet som er høyt nok til at plastmassen ikke ekspanderer. Det er ikke nødvendigvis en betingelse at temperaturen gjennom hele ekstrudatet er lik. Trykket som øves av bremse/holdeanordningen forplanter seg gjennom ekstrudatet bakover til verktøyet, inn i verktøyet og eventuelt til deler av plastbearbeidingsmaskinen. Kombinasjonen av ytre trykk i plastbearbeidingsmaskinen, formingsverktøy og i kjøleanordningen, og indre trykk i plastmassen, bevirker at plastmassen ikke ekspanderer samtidig som ekstrudatet beveger seg i bevegelsesretning med lik hastighet gjennom hele ekstrudatets snitt. Dette fordi det er liten eller uvesentlig friksjon mellom ekstrudatet og veggen i kjøleanordningen. Kjøleanordningen kan også lages slik at kjøleanordningens vegger beveger seg med samme hastighet som ekstrudatet, - dette for å unngå ulike hastigheter i bevegelsesretning i plastekstrudatet.

Hol de/bremseanordni nåen kan f.eks. være utformet som et .eller flere hiui som presses mot plastekstrudatet, eller som et sett av endeløse band som presses-mot ekstrudatet, eller som bevegelige klaver som presses mot ekstrudatet med tilstrekkelig kraft til å oppnå det nødvendige trykket i plasten bakover i systemet.

Oppvarmingen av det nedkjølte ekstrudatet som er nødvendig for å oppnå ekspansjon, kan gjøres ved at det etter holde/bremseanordningen benyttes en varmeenhet som har samme eller tilnærmet samme tverrsnitt som ekstrudatet. Friksjonen mellom veggene i varemanordningen og plastekstrudatet må være svært lav for å unngå at en får skjæring i plastmassen etterhvert som massen oppvarmes. Varmeenheten kan også konstrueres som et sett med kontinuerlige bånd som presses mot ekstrudatet med tilstrekkelig kraft til at ekstrudatet. ikke ekspanderer før ved utgang av varmeanordningen. En slik varmeanordning kan være en separat enhet eller bygges som en integrert del av

holde/bremseanordningen og/eller i tilknytning til

holde/bremseanordningen og kjøleanordningen.

Det oppbremsede ekstrudatet kan også oppvarmes fritt i f.eks. sn varmekanal uten ytre trykk. Oppvarmingen vii normalt ta lenger tid enn ved bruk av en oppvarmingsenhet hvor det legges på et ytre trykk på plastekstrudatet fordi plastmassen normalt vil ekspandere fra overflaten og innover. På grunn av den gode isolasjonsevnen i plastskum, vil det dermed ta lenger tid og varme opp kjernen i ekstrudatet tilstrekkelig ti! at en får den ønskede ekspansjon.

Ved avkjølingen av plastekstrudatet vil det normalt ikke være nødvendig å kjøle ned kjernen like mye som overflaten. Dette betyr at ved oppvarmingen vil det heller ikke være nødvendig a tilføre kjernen like mye varme som overflaten. Det kan i enkelte tilfeller være tilstrekkelig a utligne temperaturen i plastekstrudatet fora oppnå tilstrekkelig ekspansjon.

I denne teksten er det brukt ekstruder som eksempel på plastbearbeidingsmaskin, men en hvilken som helst egnet kontinuerlig eller delvis kontinuerlig plastbearbeidingsmaskin, kan benyttes.

SAMMENDRAG

Ved en fremgangsmåte for kontinuerlig eller delvis kontinuerlig fremstilling av celleplast med lukkede celler som inneholder termoplast og esemiddel, og som er bearbeidet i en plastbearbeidingsmaskin, kjøles plastmassen etter utløp av en formingsanordning etter plastbearbeidingsmaskinen tilstrekkelig til at plastmassen blir stiv nok til at plastmassen kan holdes /bremses med stor nok kraft av en bremse/holdeanordning til at det bygges opp et trykk i plastmassen som er stort nok til at plastmassen ikke ekspanderer. Kjøleanordningen etter formingsanordningen er konstruert slik at det er liten eller ingen friksjon mellom plastmassen og kjøleanordningen, slik at en ikke får forskjellige flythastigheter i plastmassen i bevegelsesretning. Etter holde/bremseanordningen varmes plastmassen opp enten ved tilførsel av ytre varme eller ved utligning av plastens temperatur tilstrekkelig til at plastmassen etter reduksjon ev dei ytre trykk, ekspanderer i ønsket grad. Oppvarmingen kan foregå under trykk som er høyt nok til at plasten ikke ekspandere før etter oppvarmingsenheten, eller oppvarmingen kan skje trykkløst. Dersom det benyttes en oppvarmingsenhet med ytre trykk på plastmassen for å hindre at plasten ekspanderer før etter oppvarmingsenheten, må det være liten eller ingen friksjon mellom oppvarmingsenheten og plastmassen.

Claims (5)

1. Fremgangsmåte for kontinuerlig eller delevis kontinuerlig fremstilling

   av celleplast av en plastmasse som inneholder esemiddel og som er bearbeidet i en plastbearbeidingsmaskin

   karakterisert vedat

   plastmassen, etter utløp av en formingsanordning etter plastbearbeidings maskinen kjøles ved hjelp av en kjøleanordning som er direkte forbundet med formingsanordningen, og at kjølingen av plastmassen i kjøle-anordningen er tilstrekkelig til at plastmassens viskositet eller stivhet er høy nok til at plastmassen etter nedkjølingen kan bremses eller holdes med en bremse-/holdeanordning slik at det dannes et innvendig trykk i plastmassen samtidig som det i. plastbearbeidingsmaskinen, i formingsanordningen, i kjøleanordningen og i bremse-/ holdeanordningen dannes et ytre trykk på plastmassen, og at trykkene er høye nok til at plastmassen ikke ekspanderer før etter bremse-holdeanordningen, og at plastmassen som befinner seg i bremse-/holdeanordningen har en viskositet eller stivhet som er høy nok til at alle deler av plastmassen i bremse-/holdeanordningen i ethvert snitt på tvers av plastmassens bevegelsesretning beveger seg med samme hastighet, og at hele eller deler av bremse-/holdeanordningens kontakt-flate med plastmassen beveger seg med en hastighet som i plastmassens bevegelsesretning er lik plastmassens hastighet, og at alle deler av plastmassen, etter utgang av bremse-/holdeanordningen, bringes til en temperatur, enten ved tilførsel av varme utenfra, eller ved utligning av plastmassens temperatur, som er høy nok til at plastmassen, etter trykkreduksjon, kan ekspandere, basert på de indre ekspansjons-krefter i plastmassen som dannes ved hjelp av esemiddelet i plastmassen.
2. 2. Anordning til utførelse av fremgangsmåte som angitt i krav 1.

   karakterisert vedat

   bremsingen/holdingen av plastmassen i bremse-/holdeanordningen er basert på friksjon.
3. 3. Anordning til utførelse av fremgangsmåte som angitt i krav 1.

   karakterisert vedat

   formingsanordningen og kjøleanordningen er konstruert som én enhet.
4. 4. Anordning for utførelse av fremgangsmåte som angitt i krav 1.

   karakterisert vedat

   kjøleanordningen og bremse-/holdeanordningen er konstruert som én enhet.
5. 5. Anordning for utførelse av fremgangsmåte som angitt i krav 1.

   karakterisertvedat

   kjøleanordningen, bremse-/holdeanordningen og en etterfølgende anordning for oppvarming av plastmassen er konstruert som én enhet.