DE2938231C2 - Verfahren zum Herstellen eines Schaumstoffkörpers mit unterschiedlichen Dichtewerten - Google Patents

Description

dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schaumbildner ein höheres spezifisches Gewicht hat als der erste Schaumbildner und deshalb den ersten Schaumbildner durchdringt u-r>d diesen zum Aufschwimmen bringt

2. Verfahren nach Anspruch ' dadurch gekennzeichnet, daß als Schaumbildner Polyurethan-Schäume verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2. dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schaumbildner mit zeitlicher Verzögerung erst dann zugefügt wird, wenn der erste Schaumbildner kremig geworden ist und sein spezifisches Gewicht vermindert hat.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß der zweite Schaumbildner erst zugefügt wird, wenn der erste Schaumbildner zu etwa 10—80% des möglichen Endvolumens aufgeschäumt ist.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Schaumstoffkörpers mit unterschiedlichen Dichtewerten, vorzugsweise für Fahrzeugpolster mit folgenden Schritten:

a) eine Form wird zum Teil mit einem ersten, festen Schaum erzeugenden Schaumbildner gefüllt,

b) der erste Schaumbildner verbleibt in der Form zu anfänglicher Krem- und Schaumbildung und Expansion bis auf etwa 10% bis 80% des möglichen EndvQlumcn.s,

c) in die Form wird ein zweiter, weichen Schaum erzeugender flüssiger Schaumbildner eingebracht,

ti) beiden Schaumbildnern wird eine Krem- und Schaumbildung, eine Expansion und eine Aushärtung uniiöglichl, um einen Verbuncl-Schnimistofrkörpcr mit unterschiedlichen Dichlcwcrtcn zu erhalten, welcher aus einer festen und einer weichen Schaumstoffschicht besteht, weiche beim Aushärten an deri gemeinsamen Grenzflächen miteinander verhaftet und verbunden wurden.

Ein solches Verfahren, wie es beispielsweise aus der DE-OS 20 35 489 bekanntgeworden ist, eignet sich vor allem zur Herstellung von Schaumstoffpolster^ die sowohl gute Stützeigenschaften haben und trotzdem einen weichen und bequemen Sitz ermöglichen. Bei diesen bisher bekannten Verfahren ist es jedoch nachteilig,

ίο daß die geschichtete Anordnung der Polstereiemente außerordentlich arbeitszeitaufwendig und auch teuer ist. Auch ist erfahrungsgemäß bei den bisher bekannten Verfahren dieser Art der Ausschuß relativ groß.

So liegt die Aufgabe der Erfindung darin, den mit u-.iterschiedlichen Dichtewerten ausgebildeten Schaumstoffkörper nach einem Verfahren herzustellen, das wirtschaftlicher, nämlich schneller und preiswerter und auch einfacher durchzuführen ist.

Die vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man das spezifische Gewicht des zweiten, einen weichen Schaum erzeugenden Schaumbildners größer macht als das spezifische Gewicht des ersten Schaumbildners, so daß der zweite Schaumbildner den ersten Schaumbildner durchdringen und ihn zum Aufschwimmen bringen kann. Verständlicherweise wird der fertiggestellte Schaumstoffkörper bei seiner Anwendung um 180° geUTeht, so daß der weiche komfortable Schaum an der Oberseite liegt und der feste tragende Schaum den Boden bildet.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der zweite der vorzugsweise aus Polyurethan bestehenden Schaumbildner mit zeitlicher Verzögerung nach dem Einbringen des ersten Schaumbildners hinzugefügt, nämlich dann, wenn der erste Schaumbildner kremig geworden ist und sein spezifisches Gewicht entsprechend vermindert hat Der günstigste Zeitpunkt für das Hinzufügen des zweiten Schaumbildners bestimmt sich aus einer Verzögerungszeil von etwa 10 bis 30 Sekunden, wenn der erste Schacmbildi-i- zu etwa 10 bis 80% des möglichen Endvolumens aufgeschäumt ist

In der nachfolgenden Beschreibung ist ein bevorzugtes Herstellungsverfahren anhand der Zeichnungen beispielsweise veranschaulicht. In den Zeichnungen zeigt
F i g. 1 eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäß hergestellten, unterschiedliche Dichtewerte aufweisenden Schaumstoffkörpers.

F i g. 2 eine perspektivische Ansicht einer geöffneten Form zum Herstellen von Schaumstoffkörpern gemäß Fig. 1.

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Form der Fig. 2 mit eingebrachtem ersten Schaumbildner.

F i g. 4 eine entlang der Linie 4-4 der F i g. 3 geschnittene Seitenansicht der Form nach anfänglichem Expandieren des ersten Schaumbildners.

F i g. 5 eine der F i g. 3 ähnliche Darstellung unmittelbar nach der Zugabe des zweiten Schaumbildners.

Fig. 6 eine entlang der Schn-ttlinie 6-6 der Fig. 5 geschnittene Seitenansicht der Form /u einem Zeit·

M) punkt. zu dem der AuKchäumvorgiing etwa zur lliilfic abgelaufen ist und

!•'ig.7 eine der Fig.6 ähnliche Darstellung, bei der der Deckel der Form geschlossen ist und das uiifgcscliiiiimlc Malcrial die Form vollständig ausgefüllt hai.

hi Die Fig. I der Zeichnung zeigt einen l'olyurclhan-Schaumsloffkörpcr 10, der mehrere Dichlcwcrtc aufweist und als Sitzpolster geeignet ist. Dieser mehrere Dichtewertc aufweisende Schaumstoffkörpcr 10 bc-

steht aus einer festen inneren oder unteren Schaumstoff schicht II und einer weichen oberen oder Deck-Schaumstoffschicht 12. Die beiden Schichten 11 und 12 sind an ihren gemeinsamen Grenzflächen 13 fest aneinander haftend verbunden.

In einem Polster hat die feste Schaumstoffschicht 11 die Aufgabe, dem Polster gute Trageigenschaften zu geben oder innerhalb des Polsters eine energieabsorbierende oder energieisolierendc Schicht zu bilden. Die Schaumstoffschicht 12 sorgt für eine komfortable Lastverteilung, so daß das Polster als weich und angenehm empfunden wird. Die beiden Schichten Ii, 12 verbinden sich beim Aushärten miseinander entlang ihrer gemeinsamen Grenzfläche 13. so daß keine Klebstoffe benötigt werden.

Das Verfahren zur Herstellung des mehrere Dichtewerte aufweisenden Schaumstoffkörpers 10 wird nun in Verbindung mit den Fig.2 bis 7 der Zeichnung beschrieben.

Die Herstellung des mehrere Dichtewerte aufweisenden Schaumstoffkörpers 10 erfolgt in der in F1 g. 2 dargestellten Form 14 oder aber in Formen andere» geeigneter Gestalt Die Form 14 besteht aus Deckel 35 und Formkasten 16. Um den Deckel 15 am Formkasten 16 zu befestigen, sind Kniehebel-Spannverschlüsse 17, 18 und 19 vorgesehen. Die Form 14 steht, wenn die flüssigen Schaumbildner in die Form eingegossen werden, vorzugsweise auf einem nicht dargestellten Förderband. Die Schaumbildner können in der geschlossenen Form aufschäumen und ausharten, um den Schaumsloffkörper 10 zu bilden.

Bei einer bevorzugen Ausführungsform wird in die Form 14 (F i g. 2) ein erster flüssiger, festen Schaum erzeugender Schaumbildner 20 eingegossen. Nachdem dieser erste Schaumbildner 20 kremig geworden ist, aufschäumt und die Aufschäumung bis zu i0 bis 80% des möglichen fortgeschritten ist, wird ein zweiter, einen weichen Schaum erzeugender Schaumbildner 21 in die Form gegosse- (F i g. 5). Der flüssige Schaumbildner 21 kann unmittelbar auf den aufschäumenden ersten Schaumbildner 20 gegossen werden.

Das spezifische Gewicht des ersten aufschäumenden Schaumbildners 20 ist geringer als das spezifische Gewicht des flüssigen zweiten Schaumbildners 21. Durch diesen Unterschied des spezifischen Gewichtes durchdringt der Schaumbildner 21 den aufschäumenden Schaumbildner 20 bis letztlich der Schaumbildner 20 an der Oberfläche des flüssigen zweiten Schaumbildners 21 schwimmt (F i g. 6). Nun wird die Form 14 mit dem Dekkcl 15 geschlossen, um dem Forminhalt die Möglichkeit zum weiteren Aufschäumen und Aushärten zu geben. Die für das Aushärten erforderliche Zeit liegt zwischen etwa 6 und 10 Minuten und ändert sich in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Schaumbildner und der Menge und der Art des verwendeten Katalysators. Der fertig geformte Schaumstoffkörper 10 wird dann aus der Form entnommen und gegebenenfalls durch Quetschroüen hindurchgeführt, um geschlossene Poren zu zerstören und ein weiteres Aushärten zu ermöglichen. Zur Verwendung als Polster dreht man den Schaumstoffkörper 10^; um 180", so daß die weiche Schaumstoffschicht 12 oben und die feste Schaumstoffschicht 11 unten liegt, wie es die F i g. 1 zeigt.

Bei der festen Schaumstoffschicht 11 handelt es sich vorzugsweise um einen Polyurethanschaum hoher Dichte mit einer Härte oder einem ILD-Index gemäß USA-Norm ASTM D 1504-63 T (Kerblast-Durchbiegung) von etwa 70 bis 140 lbs. bzw. 31,78—63,55 kg oder mehr. Die weiche Schaumstoffschicht 12 hat vorzugsweise einen ILD-Index von etwa 15 bis 50 lbs. bzw. 6,81 —22,7 kg. Für den, mehrere Dichtewerte aufweisenden Schaumstoffkörper ergibt sich insgesamt, wenn man ihn als Sitzpolster für Schneepflüge oder Industrie-Sitze verwendet, gemäß vorstehender Norm ein Eindrückfaktor von etwa 3,0 bis 4,5 (ILD-Index 65%/25%). Die nachfolgenden Beispiele erläutern weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung und dienen einem besseren Verständnis des bevorzugten Herstellungsverfah

Beispiel I

Mehrere Dichtewerte aufweisender Schaumstoffkörper

In eine Form mit den Abmessungen χ 380 χ 380 mm werden 160 g des Schaumbildners Nr. ί eingegeben.

Schaumbildner Nr. 1

Polyäthertriol, MGew.4800,

Hydrrxyl-Zahl 34,0 63,2 g

Acrylnitril-Polymerpolyol,

Hydroxyl-Zahl 28,0 35,0 g

Diäthanolamin 1.8 g

Wasser 2,3 g

Tertiäramin-Katalysaior 1.9 g

Nichthydrolysierbares

Silicon-Oberflächenaktives-Reagenz 0,2 g

Fluorkohlenstoff-Treibmittel 8,0 g

32°/oiges NCO-freies

Quasi-Prepolymer 56,6 g

Den Schaumbildner Nr. 1 läßt man 45 Sekunden lang kremig werden und expandieren. In dieser Zeh schreitet die Expansion bis auf 65% des möglichen Endvolumens fort Anschließend werden in die Form 640 g des Schaumbildners Nr. 2 eingegeben, indem man diesen Schaumbildner oben auf den noch expandierenden Schaumbildner Nr. 1 aufgießt

Schaumbildner Nr. 2

Polyäthertriol, MGew.4800,

Hydroxyl-Zahl 34,0 60.0 g

Acrylnitril-Polymerpolyol,

Hydroxyl-Zahl 28.0 35.0 g

Äthoxyliertes Triäthanolamin,

Hydroxyl-Zahl 635 5.0 g

W. jszr 2,5 g

Tertiäramin-Katalysator 1,35 g

Organo- Zinn- Katalysator 0.03 g

Nichthydrolysierbares

Siücon-Oberflächenreagenz 0,6 g

40%iges NCO-freies

modifiziertes Polyisocyanat 34,7 g

Der in flüssiger Form zugefügte Schaumbildner Nr. 2 hat ein höheres spezifisches Gewicht als dsr kremige, expandierende Schaumbildner Nr. 1 und durchdringt den letzteren. Der Schaumbildner Nr. 1 schwimmt somit an die Oberfläche des Schaumbildners Nr. 2. Nun wird der Deckel der Form geschlossen und mit den Verschlüssen gesichert, um dann dem Forminhalt 10 Minuten lang die Möglichkeit zum Aufschäumen, Expandie-

ren und Aushärten zu geben. Nun kann der Formkörper der Form entnommen und durch Quetschrollen hindurchgeführt werden, um die geschlossenen Zellen aufzubrechen und eine weitere Aushärtung 7 Tage lang bei Raumtemperatur zu ermöglichen.

Der hierbei entstehende mehrere Dichlewcrte aufweisende Schaumstoffkörper halte folgende Belaslbarkcitswcrtc:

Kcrblast-Durchbicgung

25% Durchbiegung
65% Durchbiegung
Eindrückfaktor

Beispiel Il

Zu Vefgieiehäzweckcn wurden entsprechend dem In Beispiel I dargelegten Verfahren zwei Schaumstoffkörper hergestellt, wobei jedoch für jeden Schaumstoffkörper nur einer der Schaumbildner verwendet wurde. Die hierbei entstandenen Schaumstoffkörper hatten folgende Eigenschaften:

Schaumstoffkörper aus Schaumbildner Nr. 1

800 g - Muster 100 χ 380 χ 380 mm

Kerblastdurchbiegung

25% Durchbiegung
65% Durchbiegung
Eindrückfaktor

34,5 kg

99.4 kg

2.88

Schaumstoffkörper aus Schaumbildner Nr. 2

800 g - Muster 100 χ 380 χ 380 mm

Kerblastdurchbiegung

25% Durchbiegung	10,9 kg
65% Durchbiegung	29,9 kg
Eindrückfaktor	2,75

Die Schaumstoffkörper, die allein aus einem Schaumbildner hergestellt wurden, waren als Sitzpolster in keiner Weise befriedigend, da sie einen Eindrückfaktor von weniger als 3,0 aufweisen.

Beispiel IH

Dieses Beispiel soll zeigen, daß es erwünscht ist. zunächst einmal die Schaumbildung so weit fortschreiten zu lassen, bis etwa 10 bis 80% der möglichen Expansion erreicht ist. bevor man den zweiten Schaumbildner hinzufügt Ein Schaumstoffkörper wurde jetzt so hergestellt, daß man 160 g des Schaumbildners Nr. 1 in eine Form von 100 χ 380 χ 380 mm einschüttet, um dann 640 g des Schaumbildners Nr. 2 in die Form einzugießen, ohne zuvor dem Schaumbildner Nr. 1 die Möglichkeit zur Expansion zu geben. Der hierbei entstehende Schaumstoffkörper hatte folgende Belastbarkeitswerte:

Kerblast-Durchbiegung

25% Durchbiegung
65% Durchbiegung
Eindrückfaktor

Dieser Schaumstoffkörper war aufgrund seines geringen Eindrückfaktors als Sitzpolster ungeeignet.

Beispiel IV

Dieses Beispiel soll zeigen, daß man den zweiten Schaumbildner hinzufügen muß, bevor der erste Schaumbildner zu vollständig expandiert ist. Es wurde ein Muster hergestellt, in dem man 160 g des Schauir.-bildncrs Nr. I in die Form eingoß, um dann 135 Sekunden zu warten, bevor die b40 g des Schaumbildners Nr. 2 11,8 kg hinzugegeben wurden. Nach 135 Sekunden war der

52,2 kg Schaumbildner Nr. 1 auf etwa 90 bis 100% des mögli-

4,42 chen Endvolumens expandiert. Die Form wurde dann

geschlossen, um den eingegebenen Schaumbildnern die Möglichkeiten zur Expansion und Aushärtung zu geben, wie dies im Beispiel I der Fall war. Der hierbei erzeugte Schaumstoffkörper hatte Untermaß und ein sehr schlechtes Aussehen, weil das Aufschäumen des ersten Schaumbildners zuweit fortgeschritten war, als man den zweiten Schaumbildner hinzufügte. So war der /weite Schaumbildner nicht in der Lage, den ersten Schaumbildner zu durchdringen, ohne dabei dessen Zcllsiruktur zu zerstören, so daß ein Teil des ersten Schaumbildners »getötet« wurde.

Die gemäß den Beispielen erzeugten Formkörper sollen nun aufgrund ihres Aussehens, ihrer Brauchbarkeil als Polster, ihrer Qucrschniitsgcstalt und ihres Kin· drückfaklors gewertet werden.

jo Der nach Beispiel I erzeugte Formkörper war als Polster geeignet, da die Dcckflächc und die Seilen dieses Körpers mit der weichen Schaumschicht bcdceki waren und der Bodcnlcil des Polsters die Schicht aus festem tragfähigem Schaum enthielt. Der Schaumstoffkörpor machte einen guten weichen und komfortablen Eindruck, wie es für Polster erwünscht ist. Ein Querschnitt durch den Schaumstoltkörpcr iicB erkennen, daß sich eine echte Schichtbildung zwischen den zwei Schaumstoffschichten eingestellt hat und daß die beiden Schichten entlang einer Grenzschicht fest aneinander haftend verbunden waren.

Die nach den anderen Beispielen erzeugten Formkörper waren als Polster ungeeignet. Sie hatten unzureichende Eindrückfaktoren oder enthielten nichtvertrcibare Hohlräume oder hatten eine unregelmäßige Schichtung der Schaumstoffe.

Die Kerblast-Nachgiebigkcits-Wcrtc wurden entsprechend den USA-Normen ASTM-D 1564-63 T ermittelt. Beim Eindrückfaktor oder ILD (65/25)-Index wurde die 65%igc Eindrücklast durch den 25% Wert geteilt. Dieses Verhältnis kennzeichnet in gewissem Umfang eine mehr oder weniger lineare Relation zwischen Meßpunkten, mit denen sich eine Nachgicbigkeits- oder Federungskurve erzeugen läßt. Einen Kindrückfaktor von 3 bis 4.5 betrachtet man als annehmbar für Sitzpolster von Schneepflügen oder sonstiger Industriesitze.

Obwohl zur Erläuterung spezielle Zusammensetzungen für die Schaumbildner Nr. 1 und Nr. 2 genannt

ω wurden, ist es für den Fachmann offensichtlich, daß man beliebige Polyurethanschaum-Zusammensetzungen verwenden kann, die in der Lage sind, bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens Schäume mit den gewünschten Eigenschaften zu erzeugen. Die Auswahl der Komponenten der Schaumbildner hängt von der 18,6 kg Funktion ab, die die von ihren erzeugten Schaumstoff-

53,6 kg schichten zu erfüllen haben. Wenn die feste Schaum-

2,88 Stoffschicht eine große Stützwirkung erzeugen soll, wird

ein Schaum mit einem hohen ILD-Index bevorzugt. Wenn jedoch die primäre Funktion der festen Schaumstoff-schicht darin liegt, Energie zu absorbieren, sollte die Zusammensetzung so gewühlt werden, daß ein halbflexibler Schaum mit vielen Querverbindungen entsteht. Bei der weichen Schaumstoffschicht handelt es sich vorzugsweise um einen hochgradig nachgiebigen Schaum mit geringfem lLD-Index. Es können aber auch beliebige Weichschaumbildner verwendet werden, welche in der Lage sind, einen komfortablen Lastverteiler r.u bilden, um damit das Polster insgesamt zu einer guten Nachgiebigkeit und einem komfortablen Verhalten zu bringen.

Polyurethanschäume erzeugt man durch die Reaktion eines Polyols oder eines Polyisocyanats in der Gegenwart eines Treibmittels, eines Katalysators und eines Obcrflächcnreagcnz. Das Treibmittel erzeugt das Gas zur Schaumbildung, der Katalysator beschleunigt die Reaktion Uijd dsE Qbcrilächenreggenz stabilisiert den expandierenden Schaum und regelt die Porengröße. Durch Veränderung von Art und Menge dieser Komponentcn ist der Fachmann in der Lage, Urethanschäume herzustellen, die die Erfordernisse nach einer festen tragfähigen Schicht und einer weichen komfortablen Schicht erfüllen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines Schaumstoffkörpers mit unterschiedliehen Dichtewerten, vorzugsweise für Fahrzeugpolster mit folgenden Schrit-

ten:

a) eine Form wird zum Teil mit einem ersten, festen Schaum erzeugenden Schaumbildner gefüllt,

b) der erste Schaumbildner verbleibt in der Form zu anfänglicher Krem- und Schaumbildung und Expansion bis auf etwa 10% bis 80% des möglichen Endvolumens,

c) in die Form wird ein zweiter, weichen Schaum erzeugender flüssiger Schaumbildner eingebracht,

d) beiden Schaumbildnern wird eine Krem- und Schaumbildung, eine Expansion und eine Aushärtung ermöglicht, um einen Verbund-Schaumstoffkörper mit unterschiedlichen Dichtewerten zu erhalten, weicher aus einer festen und einer weichen Schaumstoffschicht besteht, welche beim Aushärten an den gemeinsamen Grenzflächen miteinander verhaftet und verbunden wurden,