DE1729058A1

DE1729058A1 - Method and device for deforming foamed sheet made of thermoplastic material, for example foamed polystyrene

Info

Publication number: DE1729058A1
Application number: DE19671729058
Authority: DE
Inventors: Thiel Alfons W
Original assignee: THIEL ALFONS W
Current assignee: THIEL ALFONS W
Priority date: 1967-04-25
Filing date: 1967-04-25
Publication date: 1972-03-09
Also published as: FR1537606A

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Verformen von aufgeschäumter Folie aus thermoplastischem Material, beispielsweise aufgeschäumtem Polystyrol Es ist bekannt, mit Schaumbildnern versetzte Kunststoffe zu Platten oder Folien zu extrudieren, so dass der Kunststoff beim m Extrudieren aufgeschäumt wird und Platten oder Folien aus auf-~ geschäumtem Kunststoff entstehen. Method and device for deforming foamed film It is made of thermoplastic material, for example expanded polystyrene known to extrude plastics mixed with foaming agents into sheets or foils, so that the plastic is foamed during extrusion and sheets or foils from foamed plastic.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass beim Extrudieren von Platten oder Polien bei gleichzeitigem Aufschäumen des Kunststoffes der Schaum nicht voll entwickelt wird und dass eine auf diese Weise frisch hergestellte Folie beim Aufheizen für ein nachfolgendes Verformen um mehr als 100 % nachschäumen kann. Beispielsweise wurde festgestellt, dass eine in der oben beschriebenen Weise hergestellte Folie aus aufgeschäumtem Kunststoff von 1, 5 mm Dicke bis zu einer Dicke von 4, 5 mm aufschäumen kann. Dabei ist allerdings Bedingung, dass die Folie nicht allzu lange abgelagert ist. Versuche haben ergeben, dass eine Folie nach etwa 14 Tagen noch im wesentlichen gleiche Eigenschaften wie die frisch extrudierte Schaumstoffolie hat, also auch noch als frisch bezeichnet werden kann. Ist langer Aufbewahrungsdauer erforderlich, so erscheint es ratsam, Vorsorge zum 1Anstlichen Prischhalten der Folie hinsichtlich der Schäumungseigenschaften zu treffen.The invention is based on the knowledge that during extrusion of sheets or poles with simultaneous foaming of the plastic the foam is not fully developed and that a film freshly produced in this way can post-foam by more than 100% when heated for subsequent deformation. For example, it has been found that one manufactured in the manner described above Foamed sheet Plastic from 1.5 mm thick up to one Can foam up to a thickness of 4.5 mm. However, it is a condition that the film has not been aged for too long. Tests have shown that a film after about 14 days still essentially the same properties as the freshly extruded foam sheet has, so it can still be described as fresh. Is long retention period necessary, it seems advisable to take precautionary measures to keep the To meet film with regard to the foaming properties.

Ausgehend von dieser Erkenntnis sollen durch die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen werden, mit der dieses ITachschäumen besonders gunstig ausgenutzt wird. Dies bedeutet, dass die Folie beim Verformen möglichst wenig zusammengepresst werden soll aber andererseits die Folie selbst sich sehr genau und gut in der Form ausformt.On the basis of this knowledge, the invention is intended to provide a method and a device should be created with which this post-foaming is particularly favorable is exploited. This means that the film is compressed as little as possible when it is deformed on the other hand, the film itself should be very precise and in good shape forms.

Dies wird dadurch erreicht, dass die durch Extrudieren unter Aufschäumen hergestellte Folie in nachschäumfähigem Zustand zum Verformen zunächst unter Nachschäumen aufgeheizt und dann unter Fortsetzung des Nachschäumvorganges an zu beiden Seiten der Folie angeordnete Formflächen geformt wird, wobei während des Verformungsvorganges zwischen den Folienoberflächen und den Formflächen Vakuum erzeugt wird.This is achieved by means of extrusion with foaming produced film in post-foamable state for deformation initially with post-foaming heated and then continuing the foaming process on both sides the film arranged mold surfaces is formed, during the deformation process vacuum is generated between the film surfaces and the mold surfaces.

Das Aufheizen wird naturgemäss maximal bis zu einem Grade durchgeführt, in welchem die Stabilität der Folie und des Schaumes noch voll erhalten bleibt. Durch den beim Aufheizen vor dem Verformen erzeugten Uberdruck in den Zellen des Schaumes wird der Nachschäumvorgang eingeleitet aber durch die Beibehaltung der Stabilität der Folie auch ein beträchtlicher Uberdruck in den Zellen des Schaumes beibehalten.The heating is naturally carried out to a maximum of one degree, in which the stability of the film and the foam is still fully preserved. The overpressure generated in the cells of the during the heating process prior to deformation Foam the post-foaming process is initiated but by maintaining the Stability of the foil also means a considerable excess pressure in the cells of the foam maintained.

Durch diesen in den Zellen des Schaumes herrschenden Überdruck wird der dann unter Fortsetzung des Nachschäumvorganges aufgrund der von der Folie beim Aufheizen aufgenommenen Wärme durchgeführten Formvorgang die heisse Schaumfolie durch ihren inneren Überdruck gegen die Formflächen geformt. Durch das während des Verformungsvorganges zwischen der Folienoberfläche und der Formfläche erzeugte Vakuum können sich die Zellen der Schaumfolie ungehindert ausdehnen, bis sich die Folie mit ihren Oberflächen dicht an die Formfläohen legt.Due to this overpressure in the cells of the foam which then continues the foaming process due to the film when Heating the absorbed heat is carried out by molding the hot foam sheet formed by their internal overpressure against the mold surfaces. Through the during the Deformation process between the film surface and the mold surface generated vacuum the cells of the foam sheet can expand unhindered until the sheet extends with their surfaces close to the form surfaces.

Hierdurch lässt sich die Schaumfolie in feine Formoberflächenteile einziehen und einpressen, ohne die Folie beim Verformen zusammenzudrücken.In this way, the foam sheet can be divided into fine shaped surface parts pull in and press in without compressing the film during deformation.

Besonders zwekmässig ist es, wenn die heisse Schaumfolie bei Beginn des Verformungsvorganges in der Form geringfügig verdiclitet wird. Diese Verdichtung erfolgt jedoch nur in den Oberfläciienbereichen, die bei der Berührung mit den gekühlten Forrnflächen zuerst abkuhlen. Durch die Unterdruckwirkung des Vakuums wird dann durch den in den inneren Zellen herrschenden Überdruck das innere Gefüge der Folie eher aufgelockert als verdichtet. Han erhält dadurch verhältnismässig geschlossene glatte Oberflächen, die ausserdem wesentlich zur Versteifung des Artikels beitragen.It is particularly useful if the hot foam sheet is used at the beginning the deformation process is slightly thickened in the form. This compression occurs only in the surface areas that come into contact with the cooled First cool the mold surfaces. The negative pressure effect of the vacuum will then the internal structure of the film is affected by the overpressure in the inner cells loosened up rather than condensed. This gives Han relatively closed smooth surfaces, which also contribute significantly to the stiffening of the article.

Als besonders günstig hat sich das Verformen in mechanischem Tiefziehverfahren mittels Matrize und Stempel erwiesen.Deforming in a mechanical deep-drawing process has proven to be particularly favorable proven by means of a die and punch.

Um die inneren Bereiche der Folie intensiv aufzuheizen und damit gerade die im lnneren der Folien liegenden Schaumzellen unter Uberdruck zu setzen, ist es zweckmässig, das Aufheizen der Folie unter Vachechdumen mittels relativ kurzwelliger Wärmestrahlung vorzunehmen.To intensively heat up the inner areas of the film and in order to to put the foam cells inside the foils under overpressure, it is advisable to heat up the film under Vachechdumen by means of relatively short-wave Make heat radiation.

Zur Durchfiihrung des verfahrens nach der Erfindung eignet sich insbesondere eine Vorrichtung, bei der die Folie schrittweise durch eine Heizeinrichtung, vorzugsweise eine auf beide folieseiten wirkende Wärmestrahlungs-Heizeinrichtung, zu einer unmittelbar daneben angeordneten Verformungseinrichtung getührt wird. Gemäss der Erfindung trait die in bekannter Weise mit einer Matrize und einem in diesen bewegbaren Tiefziehstempel ausgebildete Verformungseinrichtung am Formrand mit der zu verformenden'olie zusammenwirkende Dichtungselemente, und es ist mindestens einer der gormwerkzeugteile, d. h. die Piatrize und bzw. oder der Tiefziehetempel mit auf die Formoberfläche führenden VakuumkanElen versehen und an eine Vakuumeinrichtung angeschlossen.To carry out the method according to the invention is particularly suitable a device in which the film is gradually passed through a heating device, preferably a thermal radiation heating device acting on both sides of the film, to one directly deforming device arranged next to it is performed. According to the invention, trait in a known manner with a die and a deep-drawing die that can be moved in this formed deformation device on the edge of the mold interacting with the film to be deformed Sealing elements, and it is at least one of the molding tool parts, i.e. H. the Piatrize and / or the deep-drawing die with leading to the mold surface Provided vacuum channels and connected to a vacuum device.

Besonders zweckmässig ist es dabes wenn die beiden Formwerkzeugteile mittels einer arretiervorrichtung in Schlieestellung der Form in vorher bestimmtes gegenseitigen Abstand gehalten sind, der geringfUgig kleiner als die Dicke der in der Heizeinrichtung nachgeschäumten Folie ist.It is particularly useful if the two mold parts by means of a locking device in the closed position of the mold in a predetermined mutual distance are kept, which is slightly smaller than the thickness of the in the heating device is post-foamed film.

Im Rahmen der Erfindung kann am Formstempel und bzw. oder der Matrize ein ringsum laufendert die eigentliche Form umgebender Mulst angebracht sein, der zugleich das Dichtungselement als auch die Arretiervorrichtung bildet.In the context of the invention, on the forming punch and / or the die the actual shape runs all around Mulst attached be, which at the same time forms the sealing element and the locking device.

Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung eignen sich besonders zur Herstellung von leichten, beispielsweise als Verpackung benutzbaren Behältern, von Tellern, Schalen, Tabletts und dergleichen. Diese Schaumstoffartikel sollen dabei aber verhältnismässig geringe Wanddicke haben. Die Erfindung hat besondere Bedeutung für die Herstellung solcher Artikel, die sich wegen ihrer geringen Wanddicke nicht in den herkömmlichen Verfahren herstellen lassen, bei denen das Aufschäumen des Materials in der Form erfolgt.The method and the device according to the invention are particularly suitable for the production of light containers, e.g. usable as packaging, from plates, bowls, trays and the like. These foam articles are designed to but have a relatively small wall thickness. The invention has special features Significance for the production of such articles, which stand out because of their small wall thickness cannot be produced in the conventional processes in which foaming of the material in the form.

Ein Ausführungsbeispiel wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen : i'ig. 1 schematisch eine Vorrichtung nach der Erfindung im Längsschnitt und Fig. z schematisch einen Schnitt durch das geschlossene Formwerkzeug.An exemplary embodiment is described in greater detail below with reference to the drawing explained. It show: i'ig. 1 schematically shows a device according to the invention in Longitudinal section and FIG. Z schematically shows a section through the closed molding tool.

Die Zeichnung bezieht sich auf ein Ausführungsbeispiel zur Herstellullg von schalenartigen dunnwandigen Behältern aus aufgeschäumten Polystyrol.The drawing relates to an exemplary embodiment for manufacturing of bowl-like thin-walled containers made of foamed polystyrene.

Hierzu wird zunächat in einer herkömmlichen, in der Zeichnung nicht gezeigten Extrudiervorrichtung, beispielsweise einem Breitschlitzextruder, eine aufgeschäumte Folie 1 hergestellt und auf eine Rolle 2 gewickelt. Das mit Ublichem Aufachäummittel versetzte Polystyrol wird in der Bxtrudiervorriehtung aufgeschäumt, jedoch wird während des Extrudiervorganges dieser Aufschäumvorgang nicht voll zu Ende geführt, so dass unverbrauchtes Aufachäummittel erhalten bleibt. Beim Extrudieren wird die Dicke der Folie 1 auf 1,5 mm eingestellt. Art und Menge des Schäummittels werden so eingestellt, dass die friche Folie nach dem Extrudieren unter Wärmeeinwirkung so, dase sie ihre Stabilität noch behält, bis auf eine Dicke von 4, 5 me (300%) aufschäumt.This is done initially in a conventional one, not in the drawing Extrusion device shown, for example a Slot extruder, a foamed film 1 is produced and wound onto a roll 2. That with the usual Polystyrene mixed with expansion agent is foamed in the extrusion device, however, this foaming process does not fully close during the extrusion process End led so that unused Aufachäummittel is retained. When extruding the thickness of the film 1 is adjusted to 1.5 mm. Type and amount of foaming agent are adjusted in such a way that the fresh film is exposed to heat after extrusion so that it still retains its stability, except for a thickness of 4.5 me (300%) foams up.

Die eo hergestellte frische Folie (weniger als 14 Tage alt) wird unter Einhaltung der folgenden VerfahrensmaBnahmen in der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung verarbeitet : Von der Rolle 2 wird die Schaumfolie 1 durch die Transporteinrichtung 3 schrittweise durch die in Fig. 1 gezeigte Vomichtung geführt. Ein Transportschritt entspricht dabei im wesentlichen der Lange der Heizvorrichtung 4 bzw. der Länge der Formvorrichtung 5.The fresh foil produced (less than 14 days old) is under Adherence to the following procedural measures in the device shown in FIG processed: The foam sheet 1 is taken from the roll 2 by the transport device 3 guided step-by-step through the device shown in FIG. One transport step corresponds essentially to the length of the heating device 4 or the length of the molding device 5.

Die Heizeinrichtung 4 besteht im dargestellten Beispiel aus zwei Strahlungsheizern 6 und 7, von denen einer oberhalb und einer unterhalb der Folie 1 angeordnet ist. Der untere Strahlungsheizer 6 enthilt parallel zueiander und quer zur Wanderrichtung der Folie 1 angeordnete Strahlungeheizrohre 8, wthrend der obere Strahlungsheizer 7 die Heizrohre 8 parallel zueinmander, jedoch in Wanderrichtung der Folie 1 angeordnet enthält.In the example shown, the heating device 4 consists of two radiant heaters 6 and 7, one of which is arranged above and one below the film 1. The lower radiant heater 6 contains parallel to one another and transversely to the direction of travel the film 1 arranged radiant heating tubes 8, while the upper radiant heater 7 the heating tubes 8 are arranged parallel to one another, but in the direction of travel of the film 1 contains.

Die Verweilzeit der Folie zwischen den Strahlungsheizern 6 und 7 entspricht dem Arbeitstakt der Ischine der wesentlich durch die Arbeitsgeschwindigkeit der Verformungsvorrichtung 5 bestimmt ist. Während der Verweilzeit der Folie 1 zwischen den Strahlungsheizern 6 und 7 wird die Schaumfolie 1 von beiden Seiten her durch Wärmestrahlung aufgeheizt. Es sollen dabei Verhältnismassig kurzwellige WErmeatrahlen benutzt werden, um die Folie auch in ihrem mittleren Bereich gut aufzuheizen. Durch Einstellung des Abstandes der W§rmestrahler 6 und 7 von der Folie 1 im Sinne der Doppelpfeile 9 lässt sich die auf die Folie wirksame Intensität einstellen. Die gewunschte Intensitätsverteilung auf den Folienflächen wird durch seitliches Verschieben der Röhren 8 innerhalb der Heizer 6 und 7 eingestellt. Das Aufheizen erfolgt in solchem Naße, dass die Folie 1 unter voller Beibehaltung ihrer Stabilität bis auf eine Dicke von etwa 4 mm nachschEust. Die so nachgeschOumte Folie wird mit dem nächsten Vorschubschritt in den Bereich der Verformungsvorrichtung 5 gefordert.The dwell time of the film between the radiant heaters 6 and 7 corresponds the work cycle of the ischine, which is significantly influenced by the work speed of the Deformation device 5 is determined. During the dwell time of the film 1 between the radiant heaters 6 and 7, the foam sheet 1 is through from both sides Heat radiation heated up. Relatively short-wave heat rays should be used can be used to heat the film well in its middle area. By Adjustment of the distance of the heat radiators 6 and 7 from the film 1 in the sense of Double arrows 9 can be used to set the intensity effective on the film. the The desired intensity distribution on the foil surfaces is achieved by moving it sideways of the tubes 8 within the heaters 6 and 7 are set. The heating takes place in such wetness that the film 1 while fully retaining its stability up to look for a thickness of about 4 mm. The foil that has been foamed in this way is used with the next Feed step in the area of the deformation device 5 required.

Die Verformungsvorrichtung 5 besteht aus einer Formmatrize 10 und einem Formstempel 11, der im Sinne des Doppelpfeiles 12 aufwärts und abwärts bewegbar ist derart, dass er als Tiefziehstempel in die Höhlungen der Matrize 10 hinein bewegbar ist. Am Rand des eigentlichen Formbereiches trCgt der Stempel 11 eine ringsum laufende Abdichtungaleiste 13 die sich auf die Oberseite der Schaumfolie 1 aufsetzt und sich in diese hineindrAcktb so dass die Leiste 13 im wesentlichen den inneren Abstand zwischencbn Formflächen des Stempels 11 und der Matrize 10 einstellt. Die Einstellung ist dabei so getroffen, dass der Formflächenabstand 558 mm betrigt, so dass die auf 4 mm nachgeschäumte Folie 1 beim Tiefziehen in der Verformungavorrichtung 5 geringfügig zusammengedrückt wird. Im Inneren des Formstempels 11 und der Matrize 10 sind Rohre oder Bohrungen 14 angebracht, durch die ein Kühlmittel geführt wird, um die Formflächen verhältnismassig stark abzukühlen, so dass die Oberflächen der Folie 1 in BerUhrung mit den Formflächen verhEltnismassig schnell abgekühlt und verfestigt werden. Im unteren Teil der Matrize 10 ist ein Vakuumraum 15 angebracht, der tuber die Leitung 16 mit einer Vakuumpumpe oder dergleichen in Verbindung ateht. Vom Vakuumraum 15 erstrecken sich Vakuumkanäle 17 in die Formhohlräume, so dass bei zusammengeführten und durch die Dichtungsleiste 13 ringsum abgedichten Formwerkzeugen 10 und 11 an der Unterseite der Folie Vakuum erzeugt wird.The deformation device 5 consists of a molding die 10 and a forming die 11, which can be moved upwards and downwards in the direction of the double arrow 12 is such that it can be moved into the cavities of the die 10 as a deep-drawing punch is. At the edge of the actual molding area, the punch 11 carries a circular one Sealing strip 13 which sits on top of the foam sheet 1 and into this so that the bar 13 essentially covers the inner distance between the mold surfaces of the punch 11 and the die 10 sets. The setting is made so that the distance between the mold surfaces is 558 mm, so that the foil 1 re-foamed to 4 mm during deep drawing in the deformation device 5 is slightly compressed. Inside the forming punch 11 and the die 10 pipes or bores 14 are attached through which a coolant is passed, to cool the mold surfaces relatively strong, so that the surfaces of the Foil 1 in contact with the mold surfaces cooled relatively quickly and be solidified. In the lower part of the die 10 there is a vacuum space 15, which is connected to a vacuum pump or the like via line 16. From the vacuum space 15 vacuum channels 17 extend into the mold cavities, so that when the molding tools are brought together and sealed all around by the sealing strip 13 10 and 11 vacuum is generated on the underside of the foil.

Desgleichen ist auch der Tiefziehstempel 11 mit einem Vakuumraum 18 versehen, der über die Leitung 19 mit einer Vakuumpumpe oder dergleichen in Verbindung steht. Vom Vakuumraum 18 erstrecken sich Vakuumkanäle 19 an die Oberfläche der eigentlichen Stempelelemente, um auch an der Oberseite der in dem in der geschlossenen Form 10, 11 eingeschlossenen Folie ein Vakuun zu erzeugen. Auf diese Weise wird der beim Aufheizen der Folie 1 in den Schaumzellen insbesondere im Inneren der Folie erzeugte Uberdruck ausgenutzt, um die Folie intensiv an die Formflächen zu pressen und an den Aussenflächen der Folie höhere Werkstoffdichte als im Inneren zu schaffen und dadurch die erzeugten Produkte zu verateifen und zu stabilisieren. fl'ig. 2 zeigt ein Schema des geschlossenen Formwerkzeuges. Es sind hier wiederum die Matrize 10 mit den Vakuumkanälen 17 und den Kühlmittelleitungen bzw. Kühlmittelbohrungen 14 erkennbar. Der i'ormstempel 11 hat wiederum die ringsum laufende Abdichtungs-und Arretierleiste 1 ferner die Kühlmittelbohrungen 14 und die Vakuumkanäle 19.The deep-drawing die 11 with a vacuum space 18 is also the same provided, which via the line 19 with a vacuum pump or the like in connection stands. From the vacuum space 18 vacuum channels 19 extend to the surface of the actual Stamp elements in order to also be applied to the top of the in the closed mold 10, 11 enclosed foil to create a vacuum. In this way, the Heating of the film 1 generated in the foam cells in particular in the interior of the film Overpressure used to press the film intensively against the mold surfaces and on to create a higher material density on the outer surfaces of the film than on the inside and thereby to harden and stabilize the products produced. fl'ig. 2 shows a schematic of the closed mold. Again, it's the die 10 with the vacuum channels 17 and the coolant lines or coolant bores 14 recognizable. The standard stamp 11 in turn has the sealing and sealing strip running all around The locking strip 1 also has the coolant bores 14 and the vacuum channels 19.

Alle in der Beschreibung, der Zeichnung imd den Patentansprüchen wiedergegebenen Merkmale des Anmeldungsgegenstandes können für sich allein oder in jeder denkbaren Kombination von wesentlicher Bedeutung fUr die Erfindung sein.All reproduced in the description, the drawing and the claims Features of the subject of the application can be conceivable on their own or in each Combination of essential importance for the invention.

Claims

Patent claims 1.) Method for deforming aufgeschffunter Foil made of thermoplastic material, for example expanded polystyrene, characterized in that the produced by extrusion with foaming Foil in a re-formable state for deformation initially heated with re-foaming and then continuing the foaming process on both sides of the film arranged mold surfaces is formed, during the deformation process between the film surfaces and the mold surfaces vacuum is generated.

2.) The method according to claim 1, characterized in that the film when heated, initially expanded beyond the desired dimension and when deformed is slightly pressed together while continuing the re-foaming process.

3.) Method according to claim 1 or 2, characterized in that the deformation takes place in a mechanical deep-drawing process using a die and punch.

4.) Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the heating of the film with re-foaming by means of relatively short-wave thermal radiation he follows.

5.) Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that that the film initially has a post-expansion capacity of around 200 (from 1, 5 to 4.5 mm thickness) and heated up for deformation when fresh and by about 165% (from 0.5 to 4 mm thickness) and afterwards Deform again to a thickness increase. compared to the original film condition is compressed by about 150% (from 1.5 to 3.8 mm thickness).

6.) Device for performing the method according to one of the claims 1 to 5, in which the film is gradually passed through a heating device, preferably a thermal radiation heating device acting on both sides of the film, to a direct one deforming device arranged next to it is guided, characterized in that that the in a known manner with a die (10) and a movable in this Deep-drawing punch (11) formed deformation device (5) on the edge of the mold with the to be deformed film (1) carries cooperating sealing elements (13) and that at least one of the mold parts, d. H. the die (10) and / or or the Deep-drawing punch (11) with vacuum channels (17, 19) leading to the mold surface is provided and connected to a vacuum device.

7.) Device according to claim 6, characterized in that the both mold parts (10, 11) in the closed position by means of a locking device (13) the shape are held at a predetermined mutual distance (20), the slightly is smaller than the thickness of the film (1) post-foamed in the heating device (4).

8.) Device according to claim 7, characterized in that the forming die (11) and or or the die (10) is a circumferential one that surrounds the actual shape Bead (13) is attached, which at the same time the sealing element and the locking device forms.