NO840024L

NO840024L - PROCEDURE FOR THE MANUFACTURING OF PLASTIC GOODS WITH AN OUTER SHELL AND AN INTERNAL FOAM CORE

Info

Publication number: NO840024L
Application number: NO840024A
Authority: NO
Inventors: Haim Rosen
Original assignee: Rotoplas Ltd
Priority date: 1984-01-04
Filing date: 1984-01-04
Publication date: 1985-07-05

Description

Denne oppfinnelse angår en fremgangsmåte ved fremstil-This invention relates to a method for producing

ling av plastgjenstander med et ytre skall av termoplast og en indre kjerne av polystyrenskum fast bundet til det ytre skall. ling of plastic objects with an outer shell of thermoplastic and an inner core of polystyrene foam firmly bonded to the outer shell.

Nærmere bestemt angår oppfinnelsen en fremgangsmåte ved fremstilling av plastgjenstander ved rotasjonsstøping av et ytre skall og sammenpressing av forhåndsekspanderte polystyrenkuler inne i skallet for dannelse av en til skallet sterkt bundet indre skumkjerne. More specifically, the invention relates to a method for the production of plastic objects by rotational molding of an outer shell and compression of pre-expanded polystyrene balls inside the shell to form an inner foam core strongly bonded to the shell.

Plastgjenstander med en rotasjonsstøpt ytre hud av termoplast og en indre skumkjerne har vært kjent i noen tid. Eksempelvis beskrives det i US patentskrift nr. 3 455 483 en fremgangsmåte for fremstilling av rotasjonsstøptø; gjenstander, ved hvilken det først støpes en ytre polyethylenhud og deretter en indre polyethylenskumkjerne. På tilsvarende måte beskrives det i US patentskrift nr. 3 505 137 en fremgangsmåte for rota-sjonsstøping av hule legemer som er forsterket med en skumkjerne, og som er særlig egnede til å motstå høye utvendige trykk, såsom garnblåser. I US patentskrift nr. 3 814 778 beskrives ytterligere en fremgangsmåte for fremstilling av rota-sjonsstøpte, sammensatte, oppskummede gjenstander i én enkelt operasjon. Alle disse metoder involverer rotasjonsstøping av huden og av skumkjernen, hvilket begrenser metodene til materialer som ikke bare lar seg rotasjonsstøpe men også lar seg rotasjonsstøpe i nærvær av hverandre. Dessuten har skum fremstilt ved rotasjonsstøping som beskrevet i de ovennevnte patentskrifter vanligvis høy densitet. Dette gjelder spesielt i de tilfeller hvor gjenstanden er sammensatt av et tett skikt og et skum. Plastic articles with a rotationally molded thermoplastic outer skin and an inner foam core have been known for some time. For example, US patent document no. 3,455,483 describes a method for producing rotational castings; objects, whereby an outer polyethylene skin is first molded and then an inner polyethylene foam core. In a similar way, US patent document no. 3 505 137 describes a method for rotational molding of hollow bodies which are reinforced with a foam core, and which are particularly suitable for resisting high external pressures, such as yarn blowers. US Patent No. 3,814,778 further describes a method for producing rotationally molded, composite, foamed objects in a single operation. All of these methods involve rotational molding of the skin and of the foam core, which limits the methods to materials that are not only rotationally moldable but also rotationally moldable in the presence of each other. Moreover, foam produced by rotational molding as described in the above-mentioned patents usually has a high density. This applies especially in cases where the object is composed of a dense layer and a foam.

Det er også kjent fremgangsmåter for fremstilling av rotasjonsstøpte plastgjenstander med en hud av termoplast og en skumkjerne av polystyren. I US patentskrift nr. 2 989 783 beskrives således en fremgangsmåte ved hvilken polyethylen-pulver og en pose av et termoplastisk materiale inneholdende ekspanderbare polystyrenkuler rotasjonsstøpes. I US patentskrift nr. 3 309 439 beskrives en såkalt "one shot"-prosess ved hvilken et frittstrømmende støpemateriale omfattende en blanding inneholdende kjemisk bundet vann innlemmes i rotasjons-støpeprosessen. I US patentskrift nr. 3 984 451 omtales an vendelse av ekspanderbare polystyrenkuler inneholdende mindre enn 3% blåsemiddel for fremstilling av et skum ved rotasjons-støping. De ovenfor omtalte patenterte fremgangsmåter har vist seg å ikke være fullt ut tilfredsstillende i mange tilfeller. En av ulempene er at de er begrenset til fremstilling av gjenstander med relativt lite tverrsnitt, hvor skumkjernen mellom ytterhudene bare er noen centimeter tykk. Denne be-grensning er en følge av skummets isolasjonsegenskaper, som hindrer en ønsket varmeoverføring fra den utvendige overflate til den indre kjerne, hvorved en adekvat ekspansjon av f.eks. polystyrenkuler ikke oppnåes. Methods are also known for the production of rotationally molded plastic objects with a skin of thermoplastic and a foam core of polystyrene. US Patent No. 2,989,783 thus describes a method in which polyethylene powder and a bag of a thermoplastic material containing expandable polystyrene balls are rotationally molded. US Patent No. 3,309,439 describes a so-called "one shot" process in which a free-flowing casting material comprising a mixture containing chemically bound water is incorporated into the rotational casting process. US Patent No. 3,984,451 discusses the use of expandable polystyrene balls containing less than 3% blowing agent for the production of a foam by rotational molding. The above-mentioned patented methods have proven not to be fully satisfactory in many cases. One of the disadvantages is that they are limited to the production of objects with a relatively small cross-section, where the foam core between the outer skins is only a few centimeters thick. This limitation is a consequence of the foam's insulation properties, which prevent a desired heat transfer from the outer surface to the inner core, whereby an adequate expansion of e.g. polystyrene balls are not obtained.

I de tilfeller hvor det ønskes et polystyrenskum som den indre kjerne av en rotasjonsstøpt gjenstand med et vesentlig tverrsnitt, fremstilles derfor skummet separat etter at den støpte gjenstand er blitt fjernet fra rotasjonsstøpeformen, In cases where a polystyrene foam is desired as the inner core of a rotationally molded object with a substantial cross-section, the foam is therefore produced separately after the molded object has been removed from the rotational mould,

ved at den hule gjenstand fylles med forhåndsekspanderte polystyrenkuler og damp innføres i det hule skall for å tilveiebringe den nødvendige varmemengde for å avstedkomme ekspansjon og svak smeltning av kulene til et skumlegeme. Denne sistnevnte operasjon utføres vanligvis i en separat form som har som formål å opprettholde gjenstandens form og ikke til-late noen forvridning av denne under ekspansjonen og smeltningen av den indre kjerne. in that the hollow object is filled with pre-expanded polystyrene balls and steam is introduced into the hollow shell to provide the necessary amount of heat to cause expansion and slight melting of the balls into a foam body. This latter operation is usually carried out in a separate mold whose purpose is to maintain the shape of the object and not allow any distortion of it during the expansion and melting of the inner core.

Produktet fremstilt etter den ovenfor beskrevne fremgangsmåte er beheftet med en alvorlig mangel ved at polystyrenskummet ikke er bundet til det ytre skall og således lett skilles fra dette under dannelse av luftlommer. Slike luftlommer deformerer gjenstanden. Dessuten gir de en ubehagelig følelse når de utsettes for et trykk, som i det tilfelle hvor man setter foten på en seksjon av et seilbrett og det er en luftlomme under. Siktemålet med den foreliggende oppfinnelse: er derfor å tilveiebringe en fremgangsmåte for fremstilling av gjenstander med et ytre skall av termoplast og en skumkjerne av polystyren som er sterkt bundet til skallet. The product produced according to the method described above is affected by a serious deficiency in that the polystyrene foam is not bound to the outer shell and thus easily separates from it with the formation of air pockets. Such air pockets deform the object. Also, they give an uncomfortable feeling when they are subjected to pressure, as in the case where you put your foot on a section of a windsurfing board and there is an air pocket underneath. The aim of the present invention: is therefore to provide a method for the production of objects with an outer shell of thermoplastic and a foam core of polystyrene which is strongly bonded to the shell.

Videre tilsiktes det å tilveiebringe en fremgangsmåteFurthermore, it is intended to provide a method

for fremstilling av gjenstander med et sammensatt ytre skall omfattende et tett lag og et stivt skumlag samt en indre polystyrenskumkjerne som er sterkt bundet til skallet. for the production of objects with a composite outer shell comprising a dense layer and a rigid foam layer as well as an inner polystyrene foam core which is strongly bonded to the shell.

Det har vist seg at dersom det ved en fremgangsmåte for fremstilling av gjenstander med et ytre skall av termoplast og en indre skumkjerne av polystyren, hvor polystyrenkjernen er fremstilt ved ekspansjon av forhåndsekspanderte polystyrenkuler, påføres et bindelag på den innvendige overflate av skallet før polystyrenkulene ekspanderes, vil det resulterende skum feste seg godt til skallet. It has been shown that if, in a method for producing objects with an outer shell of thermoplastic and an inner foam core of polystyrene, where the polystyrene core is produced by expansion of pre-expanded polystyrene balls, a binding layer is applied to the inner surface of the shell before the polystyrene balls are expanded, the resulting foam will adhere well to the shell.

Spesielt har det vist seg at når den innvendige overflate av skallet belegges med et lag av en copolymer valgt blant ethylen-alkylacrylater, ethylen-alkylmethacrylater og ethylen-vinylestere før polystyrenkulene ekspanderes, dannes en sterk binding mellom skummet og skallet. In particular, it has been shown that when the inner surface of the shell is coated with a layer of a copolymer selected from ethylene-alkyl acrylates, ethylene-alkyl methacrylates and ethylene-vinyl esters before the polystyrene balls are expanded, a strong bond is formed between the foam and the shell.

Den foretrukne fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen involverer således: a. dannelse av et ytre skall ved rotasjonsstøping av et The preferred method according to the invention thus involves: a. formation of an outer shell by rotational molding of a

termoplastisk materiale,thermoplastic material,

b. rotasjonsstøping på den innvendige overflate av det termoplastiske skall av et bindelag omfattende en copolymer valgt blant ethylen-alkylacrylater, ethylen-methacrylat b. rotational molding on the inner surface of the thermoplastic shell of a binder layer comprising a copolymer selected from ethylene-alkyl acrylates, ethylene-methacrylate

og ethylen-vinylestere,and ethylene vinyl esters,

c. oppfylling av skallet med forhåndsekspanderte polystyrenkuler og innføring av trykkdamp i skallet for å ekspandere og smelte de forhåndsekspanderte kuler for dannelse av en til skallet sterkt bundet polystyrenskumkjerne.. c. filling the shell with pre-expanded polystyrene balls and introducing pressurized steam into the shell to expand and melt the pre-expanded balls to form a polystyrene foam core strongly bonded to the shell..

Fremgangsmåten ved rotasjonsstøping er velkjent, og det ytre skall for fremstilling av gjenstander ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan fremstilles på kjent måte. Termo-plaster som kan rotasjonsstøpes, og som kan danne skall for. anvendelse i henhold til oppfinnelsen, er polyethylen, poly-propylen, ethylen-propylen-copolymerer, PVC, polycarbonat, termoplastiske polyestere og andre. Vanligvis foretrekkes polyethylen og dets copolymerer. Det ytre skall kan ha en hvilken som helst praktisk tykkelse, som kan være fra 0,5 til 10 mm, fortrinnsvis fra 0,5 til 3 mm. The method of rotational molding is well known, and the outer shell for the production of objects by the method according to the invention can be produced in a known manner. Thermo-plaster which can be rotationally moulded, and which can form a shell for it. application according to the invention, are polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene copolymers, PVC, polycarbonate, thermoplastic polyesters and others. Polyethylene and its copolymers are generally preferred. The outer shell may have any practical thickness, which may be from 0.5 to 10 mm, preferably from 0.5 to 3 mm.

Det ytre skall kan også være sammensatt av to eller flere lag av samme polymer eller av ulike polymerer. Eksempelvis kan det støpes et sammensatt skall med et lag av tett polyethylen og et andre, indre lag av stivt, oppskummet polyethylen. Denne type skall blir ofte foretrukket, spesielt når det kreves stivhet og dimensjonsstabilitet. Det stive skumlag i det sammen satte skall kan ha en hvilken som helst ønsket tykkelse, men vanligvis er det praktisk kun i tykkelser mindre enn 10 - The outer shell can also be composed of two or more layers of the same polymer or of different polymers. For example, a composite shell can be molded with a layer of dense polyethylene and a second, inner layer of rigid, foamed polyethylene. This type of shell is often preferred, especially when rigidity and dimensional stability are required. The rigid foam layer in the assembled shell can be of any desired thickness, but is usually practical only in thicknesses less than 10 -

15 mm.15 mm.

Bindelaget må være et lag som i noen grad er forlikelig med skallet og det oppskummede polystyren. Foretrukne materialer for dette lag er copolymerer av ethylen med alkylacrylater, alkylmethacrylater og vinylestere. Bindelaget må være til-strekkelig tykt til å binde skallet til polystyrenskummet. I praksis vil tykkelsen av bindelaget være av størrelsesordenen 0,2-2 mm, og den er fortrinnsvis 0,3-1 mm. The binding layer must be a layer that is to some extent compatible with the shell and the foamed polystyrene. Preferred materials for this layer are copolymers of ethylene with alkyl acrylates, alkyl methacrylates and vinyl esters. The binding layer must be sufficiently thick to bind the shell to the polystyrene foam. In practice, the thickness of the binding layer will be of the order of 0.2-2 mm, and it is preferably 0.3-1 mm.

Egnede copolymerer av denne type er ethylenmethacrylat, ethylen-methylmethacrylat, ethylen-ethylacrylat, ethylen-ethyl-methacrylat, hvert inneholdende fra 60 til 95% ethylen og fra 5 til 4 0% acrylat- eller methacrylatester, og ethylen-vinylestere, blant hvilke ethylen-vinylacetat (EVA) foretrekkes spesielt. EVA har vanligvis et vinylinnhold på fra 10 til 40%. Copolymerer av disse typer og av kvalitet for rotasjonsstøping fåes på markedet og er velegnede for anvendelse ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Suitable copolymers of this type are ethylene methacrylate, ethylene-methyl methacrylate, ethylene-ethyl acrylate, ethylene-ethyl methacrylate, each containing from 60 to 95% ethylene and from 5 to 40% acrylate or methacrylate esters, and ethylene-vinyl esters, among which ethylene - vinyl acetate (EVA) is particularly preferred. EVA usually has a vinyl content of from 10 to 40%. Copolymers of these types and of rotational molding quality are available on the market and are suitable for use in the method according to the invention.

Hvilke som helst forhåndsekspanderte polystyrenkuler kan anvendes ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Disse er vanligvis polystyrenkuler impregnert med et blåsemiddel, såsom n-heptan, som er blitt forhåndsekspandert (oppskummet) ved anvendelse av varme. Rester av blåsemiddel i disse oppskummede kuler sørger for en ytterligere, lett ekspansjon av kulene og smeltning av disse til hverandre ved forhøyet temperatur i et lukket rom. Vanligvis benyttes damp under trykk for å avstedkomme ekspansjonen og smeltningen av de oppskummede kuler til en fast skumblokk, slik det er kjent i faget. Any pre-expanded polystyrene balls can be used in the method according to the invention. These are usually polystyrene beads impregnated with a blowing agent, such as n-heptane, which has been pre-expanded (foamed) by the application of heat. Residues of blowing agent in these foamed balls ensure a further, easy expansion of the balls and their melting to each other at an elevated temperature in a closed room. Generally, steam under pressure is used to effect the expansion and melting of the foamed balls into a solid foam block, as is known in the art.

Den sterke binding som dannes mellom polystyrenskummetThe strong bond that forms between the polystyrene foam

og skallet, antas å skyldes mykningen av det forlikelige bindelag ved de forhåndsekspanderte p<p>lystyrenkulers ekspansjons- and the shell, is believed to be due to the softening of the compatible bonding layer by the expansion of the pre-expanded polystyrene spheres

og smeltetemperatur og presset av det ekspanderende polystyren mot dette lag. Polystyrenet binder seg således til bindelaget, som allerede er bundet til det ytre skall. and melting temperature and the pressure of the expanding polystyrene against this layer. The polystyrene thus bonds to the binding layer, which is already bonded to the outer shell.

En ytterligere fordel ved bindelaget er som følger. Som ovenfor nevnt er det ofte ønskelig å fremstille gjenstander med et skall sammensatt av et ytre, tett lag og et indre skumlag. Slike skall har ofte et tynt, ytre, tett lag og et tykkere, stivt skumlag. Det ytre, tette lag kan være temmelig tynt, nemlig bare 0,5 - 2,0 mm tykt, og kan således lett gjennomhulles. Dersom gjenstanden skal anvendes i vann, slik som f.eks. et seilbrett eller en garnblåse kan vann trenge inn i hullet i den tynne ytterhud og gjennomtrenge hele gjenstandens indre rom, gjennom skumlaget og kjernen, som er porøs. Ved påføring av et lag av ethylencopolymer som angitt, mellom skumkjernen og skallets stive skumlag, dannes det således et forseglende lag som vil hindre at vann trenger gjennom det ytre skall. A further advantage of the bonding layer is as follows. As mentioned above, it is often desirable to produce objects with a shell composed of an outer, dense layer and an inner foam layer. Such shells often have a thin, dense outer layer and a thicker, rigid foam layer. The outer, dense layer can be quite thin, namely only 0.5 - 2.0 mm thick, and can thus easily be pierced. If the object is to be used in water, such as e.g. a sailboard or a twine bladder, water can penetrate the hole in the thin outer skin and penetrate the entire interior of the object, through the foam layer and the core, which is porous. By applying a layer of ethylene copolymer as indicated, between the foam core and the rigid foam layer of the shell, a sealing layer is thus formed which will prevent water from penetrating through the outer shell.

Eksempel 1Example 1

Ved rotasjonsstøping ble det fremstilt et 250 liters seilbrett med et ytre skall av polyethylen og et lag av ethylen-vinylacetat-copolymer (EVA) bundet til dette. Det ble benyttet 12 kg polyethylen av middels densitet og 2 kg EVA av kvalitet for rotasjonsstøping. Polyethylenlagets midlere tykkelse var 2,5 mm og EVA-lagets midlere tykkelse var 0,5 mm. By rotational molding, a 250 liter sailboard was produced with an outer shell of polyethylene and a layer of ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA) bonded to this. 12 kg of medium-density polyethylene and 2 kg of rotational molding quality EVA were used. The average thickness of the polyethylene layer was 2.5 mm and the average thickness of the EVA layer was 0.5 mm.

Etter at seilbrettet var blitt avkjølt og fjernet fra rotasjonsformen ble det fylt med 2,7 kg forhåndsekspanderte polystyrenkuler med densitet 13 kg/m 3 og anbragt i en tilpasset form av betong. Trykkdamp av 2 - 3 atm ble innført i skiktet av polystyrenkuler i skallets indre via rørledninger perforert med visse mellomrom for å oppnå jevn fordeling av dampen. Da polystyrenet var fullstendig ekspandert, ble rørene fjernet og seilbrettet tatt ut av formen. Et tverrsnitt av seilbrettet viste en fullt oppskummet kjerne av polystyren som var sterkt bundet til skallet. Denne binding bibeholdes selv etter gjentatt sammenpressing. Et tilsvarende seilbrett fylt med polystyrenskum men uten noe bindelag av ethylen-vinylacetat opp-viste luftlommer mellom det ytre skall og skumkjernen i tverr-snittene . After the sailboard had been cooled and removed from the rotary mould, it was filled with 2.7 kg of pre-expanded polystyrene balls with a density of 13 kg/m 3 and placed in a suitable form of concrete. Pressurized steam of 2 - 3 atm was introduced into the layer of polystyrene spheres in the interior of the shell via pipelines perforated at certain intervals to achieve an even distribution of the steam. When the polystyrene had completely expanded, the tubes were removed and the sailboard was taken out of the mold. A cross section of the sailboard showed a fully foamed polystyrene core that was strongly bonded to the shell. This bond is maintained even after repeated compression. A corresponding sailing board filled with polystyrene foam but without any binding layer of ethylene-vinyl acetate showed air pockets between the outer shell and the foam core in the cross-sections.

Eksempel 2Example 2

Ved rotasjonsstøping ble det fremstilt et 250 liters seilbrett med et sammensatt ytre skall bestående av et tett lag av polyethylen og et skumlag av polyethylen til hvilket det var bundet et lag av ethylen-vinylacetat-copolymer (EVA). Til dette skall ble det benyttet 6,5 kg polyethylen av middels densitet, 5,5 kg oppskumbart polyethylen og 2 kg EVA. Veggtykkelsen var som følger; polyethylenlaget 1,5 mm, polyethylenskumlaget 5 mm og EVA-laget 0,5 mm. By rotational molding, a 250 liter sailboard was produced with a composite outer shell consisting of a dense layer of polyethylene and a foam layer of polyethylene to which a layer of ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA) was bonded. For this shell, 6.5 kg of medium density polyethylene, 5.5 kg of foamable polyethylene and 2 kg of EVA were used. The wall thickness was as follows; the polyethylene layer 1.5 mm, the polyethylene foam layer 5 mm and the EVA layer 0.5 mm.

Seilbrettet ble avkjølt og tatt ut av rotasjonsstøpeformen og fylt med polystyrenskum på samme måte som i eksempel 1. Skumkjernen var sterkt bundet til det ytre skall, og ingen luftlommer. ble dannet, selv etter gjentatt sammenpressing. The sail board was cooled and taken out of the rotational molding mold and filled with polystyrene foam in the same way as in example 1. The foam core was strongly bonded to the outer shell, and there were no air pockets. was formed, even after repeated compression.

Claims

1. Method for the production of plastic objects with an outer, rigid shell and an inner polystyrene foam core, in which pre-expanded polystyrene balls are foamed and melted inside a hollow, thermoplastic shell, characterized in that before the polystyrene balls are introduced into the hollow shell, the inside of the shell is coated with a thermoplastic binding layer.

2. Method according to claim 1, characterized in that a binding layer chosen from copolymers of ethylene with alkyl acrylates, alkyl methacrylates and vinyl esters is used.

3. Method according to claim 1, characterized in that the thermoplastic outer shell and the binding layer are produced by rotational molding.

4. Method according to claim 1, characterized in that the thermoplastic outer shell is produced from polyethylene or polyethylene copolymers.

5. Method according to claims 1-3, characterized in that the outer shell is composed of several layers.

6. Method according to claim 5, characterized in that the outer shell is composed of a dense layer and a foam layer of polyethylene.

7. Method according to claims 1-5, characterized in that the binding layer is produced from an ethylene-vinyl acetate copolymer.