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Verfahren zur Herstellung von Formstücken aus feinteiligem Polyäthylen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren Zur Herstellung von Formstücken aus feinteiligem Polyäthylen, besonderer Stoss- und Schlagfestigkeit sowie Masshaltigkeit bei erhöhtem Druck und/oder erhöhter Temperatur. Es ist dadurch gekennzeichnet, dass Polyäthylen mit Molekulargewichten oberhalb 500 000, beispielsweise über 1000000, in mehreren Druckstufen gepresst wird, wobei in der zweiten und den gegebenenfalls folgenden Druckstufen unter gleichzeitiger Einwirkung von Wärme bis zur Plastifizierung gepresst wird und das plastifizierte Material in einer abschliessenden Druckstufe bei Raumtemperatur weiter verdichtet wird unter Anwendung von Pressdrucken, die in der letzten Stufe höher sind als in der Sinterungsstufe.
Zunächst werden also durch mechanischen Druck zweckmässig bei Raumtemperatur Rohlinge hergestellt, deren äussere Abmessungen grösser sind als die späteren Fertigteile. Diese Rohlinge werden anschliessend durch gleichzeitige Anwendung von Wärme unter erneuter Einwirkung von mechanischem Druck in gesintertes plastifiziertes Polyäthylen übergeführt.
Es hat sich besonders für die Herstellung von Webstuhlgarnituren, beispielsweise Zugbalken, Schlagkappen, Einlauf rollen, Puffer, Picker, Pickerschoner, Spindeltinge u. dgl., als günstig herausgestellt, nach der Plastifizierung die gewünschte äussere Form durch spanabhebende Behandlung zu erzeugen. Durch die spanabhebende Bearbeitung erhalten die Teile ungefähr diejenigen Abmessungen, die das fertige Stück haben soll, wobei aber auch diese Abmessungen immer noch etwas grösser zu wählen sind, als sie das beabsichtigte Fertigteil hat. Schliesslich werden die so erhaltenen Formstücke durch eine weitere nochmalige Anwendung von mechanischem Druck bei einer Raumtemperatur in jenen Zustand gebracht, bei dem sie schliesslich masshaltig bleiben.
Falls, wie bei Webstuhlgarnituren er forderlich, können anschliessend weitere span- abhebende Arbeitsgänge, wie Fräsen, Bohren, Stanzen usw., angeschlossen werden.
Die Pressdruck in der letzten Stufe sind höher zu wählen als in der Sinterungsstufe.
Für das Verfahren nach der Erfindung werden mit besonders gutem Erfolg Polyäthylene eingesetzt, die durch Polymerisation von Äthylen bei Drucken unterhalb etwa 100 atü und Temperaturen bis etwa 100D unter Verwendung von Katalysatoren erhalten wurden, die aus Gemischen von metallorganischen Verbindungen, insbesondere Aluminiumalkylverbindungen, mit Metallverbindungen der 4.-6. Nebengruppe des periodischen Systems, insbesondere mit Titanverbindungen, beispielsweise Titantetrachlorid, bestehen. (Vgl.
An- gewandte Chemie", 67, 1955, S. 541-547).
Das Wesen der Erfindung beruht in der Erkenntnis, dass es zur gleichzeitigen Erzielung höherer Festigkeit und Masshaltigkeit erforderlich ist, den hiefür insgesamt aufzuwendenden mechanischen Druck in mehrere Stufen zu zerlegen. Es ist bereits bekannt, bei wärmehärtbaren Harzen mit allmählich ansteigendem Druck zu arbeiten oder auch bei thermoplastischen Massen mit niedrigerem Anfangsdruck und höherem Druck in der zweiten Stufe, für welche Arbeitsweisen in den deutschen Patentschriften 648903 und 858017 besondere Ausführungsformen von Pressen beschrieben sind.
Ebenso ist im British Catalogue of Plastics 1948"', London, The National Trade Press Limited, auf Seite 257 angegeben, dass Polyäthylen bei verschiedenen Drucken geformt werden kann, jedoch bezieht sich diese Angabe nur auf Polyäthylen mit Molekulargewichten unterhalb von 50 000. Es ist weiterhin bekannt, Formlinge aus Polyäthylen durch Kaltpressen und anschliessendes Sintern unter Druck herzustellen. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass die so. hergestellten Teile in gewissem Umfange Gummielastizität zeigen, die darin zum Ausdruck kommt, dass sie bei Beanspruchung mechanischer und/oder thermischer Art die beim Heisspressen eingetretene Volumenverminderung rückgängig werden lassen.
Man kann also auf diese Weise wieder Masshaltigkeit noch grössere mechani
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teile für den Apparatebau und für die Elektrotechnik sowie für Zahnräder hergestellt werden Besonders geeignet sind erfindungsgemäss hergestellte Formteile für solche Maschinenteile, die bei einem ständigen Anprall und Aufschlag einerseits masshaltig bleiben sollen und anderseits den durch den Aufprall verursachten Schall abdämpfen. Auch die Herstellung von Hämmern, Griffen usw. ist mög- Die besondere Bedeutung des Verfahrens liegt jedoch bei der Herstellung von Webstuhlgarnituren, beispielsweise Zugbalken Schlagkappen, Einlaufrollen, Puffer, Picker, Pickerschoner, Spindelringe u. dgl.
Beispiel : Zur Polymerisation von Äthylen wurde ein etwa 5 Liter grosses Rührgefäss aus Glas verwendet, in das 2 Liter einer Cs-C) o-Kohlen- wasserstoff-Fraktion aus der Kohlenoxydhydrierung eingefüllt wurde. Diese Kohlenwasser- stoff-Fraktion war durch eine bei 2500 durchgeführte Hydrierung, anschliessende Schwefelsäureraffination und intensive Trocknung hergestellt worden.
Nach Durchspülen des Reak- tiansgefässes mit Äthylengas und Aufheizung auf etwa 50D wurde unter Rühren und Durchleiter von Äthylen die Kontaktlösung zugegeben Die Kontaktlösung war so bereitet worden, dass 100 cm3 der gleichen Cs-C,-Kohlenwasserstoff-Fraktion mit 1, 08 g Diäthylaluminiummonochlorid und 0, 42 g Titantetrachlorid zusammengegeben und etwa V : Stunde intensiv geschüttelt worden waren. Nach Zu- sacz der Kontaktlösung wurde die Reaktionstemperatur auf etwa 75 eingestellt. Nach einer Reaktionszeit von 12 Stunden hatten sich 472 g Polyäthylen gebildet.
Die Mischung wurde nun filtriert und der Filterrückstand mit der 5-fachen Menge 1 %-figer wässeriger Natronlauge in einem Rührkolben behandelt. Dann wurde bis zum Sieden der Mischung erhitzt, wobei die vorliegenden Reste der Kohlenwasserstoff-Fraktion gemeinsam mit Wasserdampf abdestillierten.
Der Destillationsrückstand wurde schliesslich mit Wasser alkalifrei gewaschen und getrocknet. Das gewonnene Polyäthylen hatte ein viskosimetrisch bestimmtes Molekulargewicht von 1 100000.
Dieses Polyäthylenpulver wurde bei einen spezifischen Druck von etwa 110 kg/cm2 zu einer Platte von 30 mm Dicke und einer Grösse von 100 X 80 cm gepresst. Diese Platte wurde anschliessend zwischen geheizten Me- tallplatten bei einer Temperatur von 1500 8 Stunden lang und bei einem spezifischen Druck von 10 kgfcm2 plastifiziert. Die Abkühlung wurde ebenfalls unter dem gleicher Druck vorgenommen. Man erhielt eine Platte
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aus plastifiziertem Polyäthylen mit einer Dichte von 0, 96. Hieraus wurden durch spanabhebende Bearbeitung Pickerrohlinge hergestellt, welche anschliessend einzeln bei einem Druck von zirka 750 kg/cm2 geprägt wurden (im Pressvorgang kalt verformt wurden).
Hiebei erhielten die Picker ihre endgültige Form. Beim Gebrauch im Webstuhl hielten so hergestellte Picker 14 Mill. Schläge aus, während Rohhaut-Picker gleicher Form nach 4j5 Mill. Schlägen bereits unbrauchbar waren.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Formstücken aus feinteiligem Polyäthylen besonderer Stoss- und Schlagfestigkeit sowie Masshaltigkeit bei erhöhtem Druck undtoder erhöhter Temperatur, dadurch gekennzeichnet, dass Polyäthylen mit Molgewichte oberhalb 500, 000, beispielsweise über 1, 000, 000, in mehreren Druckstufen gepresst wird, wobei in der zweiten und den gegebenenfalls folgenden Druckstufen unter gleichzeitiger Einwirkung von Wärme bis zur Plastifizierung gepresst wird und das plastifizierte Material in einer abschliessenden Druckstufe bei Raumtemperatur weiter verdichtet wird unter Anwendung von Pressdrucken, die in der letzten Stufe höher sind als in der Sinterungsstufe.