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Verarbeitung von Reaktionsharzen - PUR-Schäumen

Verarbeitung von Polyurethan-Schaumsystemen

Auszug aus
Wolfgang Kaiser

Kunststoffchemie für Ingenieure

11/2015, 636 Seiten, € 39,99
ISBN: 978-3-446-44774-5
S. 201-202

Die Herstellung von Polyurethanschaumstoffen (PUR-Schaum) beruht auf chemischen und physikalischen Prozessen. Durch die Kombination beider lässt sich der „PUR-Schaum nach Maß“ realisieren. Einen wesentlichen Beitrag dazu leistet die PUR-Chemie, die es ermöglicht, durch Wahl und Rezeptur der reaktionsfähigen Ausgangskomponenten, die molekulare Struktur des gewünschten Schaumstoffs im Voraus exakt festzulegen.

PUR-Schaumstoffe werden in der Regel durch Vermischen flüssiger Di- oder Polyisocyanate mit Polyether- oder Polyesterpolyolen in Gegenwart verschiedener Zusatzstoffe hergestellt. Man spricht deshalb – zwei flüssige, reaktionsfähige Komponenten vorausgesetzt – von Reaktionsschaumgießen (RSG-Verfahren). Dabei bestimmen vor allem die Art und Funktionalität des Polyols, das Mischungsverhalten der Komponenten, die Wahl des Schäumverfahrens sowie die Kombination der gewählten Zusatzstoffe das Eigenschaftsbild des gewünschten Schaumstoffs. An Zusatzstoffen verfügt die Polyurethanchemie über eine große Palette verschiedenartiger Katalysatoren, Treibmittel-Kombinationen, Vernetzer, Farbmittel bzw. -pasten, Flammschutzmittel, Schaumstabilisatoren und Keimbildner.

Aus dem Gesagten wird deutlich, dass auf diese Weise die Möglichkeit besteht, eine weitgehende Anpassung der Eigenschaften des PUR-Schaums an den ins Auge gefassten Verwendungszweck vorzunehmen.

Verfahrensablauf

Bei nahezu allen Verfahren sind folgende Arbeitsgänge erforderlich: Dosieren, Fördern und Mischen der Reaktionskomponenten, Gießen oder Spritzen oder Sprühen der Mischung, Schäumen (unter Vernetzung, „Gelieren“), Entformen.

Für Muster und Kleinserien kann die Verarbeitung bedingt im Handansatz erfolgen. Benötigt werden dazu: Mischgefäße, Waage, Rührwerk mit hoher Drehzahl. Die Mischung wird in die auszuschäumenden Hohlräume oder Werkzeuge eingegossen, wo das Schäumen erfolgt. Für das entsprechende maschinelle Verarbeiten gibt es Gießmaschinen, die auch transportabel sein können.

Großen Einfluss besitzt in diesem Zusammenhang die Wahl des Dosier- und Mischverfahrens. Bild 1 zeigt das Fließbildschema einer Hoch- und Niederdruckanlage. Beide Anlagen bestehen aus zwei Arbeitsbehältern, Filtern und Dosierpumpen sowie Hin- und Rückstromleitungen; jedoch unterschiedlichem Mischkopf.

Bild 1: Fließbildschema einer Hoch- und Niederdruckanlage

Im Arbeitsbehälter 1 (meist beheizt) besteht die Ausgangskomponente aus dem Polyol(gemisch), dem Katalysator, grenzflächenaktiven Stoffen, Treibmittel und anderen Zusätzen/Additiven (Flammschutzmittel u. a.); Arbeitsbehälter 2 enthält das Polyisocyanat.
Zu Arbeitsbeginn sorgen Umschaltorgane für den synchronen Eintritt der beiden reaktionsfähigen Komponenten in den Mischkopf, in dem sie in kürzester Zeit vermischt und den Formgebungseinheiten zugeführt werden, ehe die Masse aufschäumt.

Mischköpfe

Der Mischkopf einer Niederdruckmaschine eignet sich besonders für die kontinuierliche Halbzeugfertigung (Blöcke, Platten). Er ist zu diesem Zweck als (mechanische) Rührwerksmischkammer ausgebildet, die – wenn der Schäumvorgang beendet ist – gereinigt oder gespült werden muss.

Ganz anders verhält es sich im Falle einer Hochdruckanlage. Hier kommt es unter Anwendung des Prall- oder Gegenstrommischerprinzips und unter Druck zu einer Injektions-, Strömungsvermischung, bei der am Ende eines Taktes (Schussende) der Mischkopf mechanisch (über einen Kolben/Stößel) oder pneumatisch gereinigt wird. Dies gestattet eine Prozessführung, die Parallelen zum Spritzgießen aufweist, beispielsweise im Verbund Mischkopf und Werkzeug. Die diskontinuierliche Herstellung von Formteilen findet daher fast ausschließlich auf Hochdruckanlagen statt.

Auszug aus
Wolfgang Kaiser

Kunststoffchemie für Ingenieure

11/2015, 636 Seiten, € 39,99
ISBN: 978-3-446-44774-5
S. 201-202
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