DD142683A1 - Verfahren zur automatisierten herstellung von formkoerpern aus duroplast-giessharzmassen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatisierten Herstellung von Formkoerpern aus hochreaktiven, hochquarzmehlgefuellten Duroplast-Giessharzmassen fuer Bauelemente mit elektrischer Isolierfunktion und/oder fuer mechanische Beanspruchungen insbesondere zur Anwendung in der Elektrotechnik. Ziel der Erfindung ist es, solche Formkoerper auf rationelle, oekonomische Art und Weise automatisiert und mit hoher Qualitaet herzustellen und dabei einen vertretbaren Verschleiss an Maschinenteilen und Werkzeug zu erreichen. Aufgabe ist es, ein Verfahren zu schaffen, das es ermoeglicht, Formkoerper aus hochreaktiven, hochquarzmehlgefuellten Giessharzmassen kontinuierlich in einem Arbeitsgang unter Einbezug einer vollstaendigen Aufbereitung herzustellen. Erfindungsgemaess wurde das Verfahren so entwickelt, dass in der Aufbereitungsphase fuer obengenannte Giessharzmassen in einem Schneckenextruder eine Duennschichtentgasung mit Vakuum erfolgt und anschliessend die Giessharzen in an sich bekannter Weise durch Schneckenfoerderung kontinuierlich zu einer Verarbeitungseinheit transportiert und dort durch zeit- oder druckgesteuerte Intrusion in eine Spritzgiessform befoerdert und in dieser gehaertet wird.

Description

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Titel der Erfindung

Verfahren zur automatisierten Herstellung τοπ·. Form körpern aus .Duroplast-Gießharzmassen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus Duroplast-Gießharzmassen für Bauelemente mit elektrischer'Isolierfunktion und/oder für mechanische Beanspruchungen mit und ohne Einlageteile insbesondere zur Anwendung in der Elektrotechnik.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen.

Zur Herstellung von Formkörpern aus synthetischen hitze— härtenden Materialien sind zahlreiche Verfahren bekannt, die das Ziel verfolgen, duroplastische Formstoffe wegen. ihres günstigen Verhaltens bei dielektrischen Beanspruchungen sowie im Brandfall, hoher Chemikaiienresistenz und Temperaturfestigkeit einzusetzen. Die. bekannten. Verfahren der Isolierstoffverarbeitung zu gehärteten Formkörpern wie das Gießen, das Spritzgießen ohne Kolben und Schnecke und das Spritzgießen mit mechanisch bewegten. Teilen naben insgesamt alle Nachteile, die ein kontinuierliches, automatisiertes Verarbeiten von insbesondere hochgefüllten Duroplastgießharzmassen behindern. Das klassische Gießverfahren ist manuell aufwendig und . mit relativ längen Formbelegungszeiten behaftet, auch ermöglicht es keine hohen Füllstoffanteile· Das Spritz-

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gießen ohne bewegliche Teile wie Kolben und Schnecke gestattet nur die Verarbeitung flüssiger Epoxidharzmassen. Eine rationelle Art der Herstellung, von Duroplast-Gießharz-Formteilen wurde auch im Spritzgießverfahren gesehen, weil hier eine enge Kopplung der Yerfahrensschritte praktisch in einem Aggregat möglich ist und gute Voraussetzungen zum Mechanisieren und Automatisieren bestehen« Ungelöst blieb aber bisher der Einsatz hochreaktiver Gießharzgemische mit hohem Feststoffanteil» Es hat nicht an Versuchen gefehlt,, wegen der relativ un~ komplizierten Verarbeitbarkeit' thermoplastischer Kunststoffe auf Spritzgießmaschinen, diese Technologie' auch auf Gießharzmassen anzuwenden·

Aus der DL-PS 122494 ist z.B. ein Verfahren zur Herstellt lung von., geformten synthetischen Kunststoff gegenständen bekannt, wonach durch Zuführen eines Füllstoffes und eines hitzehärtenden Materials zu der Schnecke einer Einspritzvorrichtung oder eines Schneckenextruders die direkte Erzeugung eines gehärteten Formlings oder Extru- - dats erfolgt» Dabei, wird das. hitzehärtende Material, 'welches im wesentlichen aus festen Einzelteilchen besteht und der Füllstoff einzeln, oder zusammen dem Zylinder einer Vorrichtung zugeführt und im. Zylinder innig vermischt» Es sind auch Verfahren bekannt,, die das. Problem, der Aufbereitung von. duroplastischen. Preßmassen betreffen.. In . der DL-PS Nr.«, 94883 wird z.B. eine kontinuierliche Aufbereitung von duroplastischen Preßmassen in ein- oder mehrwelligen. Scaneckenmaschinen mit direkt anschließendem Zerkleinern beschrieben* v/obei nach einer Mischzone der Schneckenmaschine_? in der die Masse in an sich bekannter Weise aufgeschmolzen, und homogenisiert wird und. in der sie anfängt auszuhärten ein die Kondensationsreaktion unterbrechendes und die Viskosotät erniedrigendes Mittel zugegeben wird»

Mit dieser Maßnahme soll es gelingen, die von der Thermoplastaufbereitung bekannte Methode der Granulierung direkt

im Anschluß an die Aufbereitung in einer Sohne dränmaschine auch für die Herstellung von duroplastischen Preßmassen nutzbar zu machen» Diese und andere bekannte . Verfahren orientieren zwar darauf, in Anlehnung an die Aufbereitung und Verarbeitung von. Thermoplastformmassen Sohneckenmaschinen, Spritzgießvorrichtungen und Extruder . zu verwenden, um: eine endgültige Vermischung von Füllstoffen und hitzehärtenden Materialien ohne Verwendung speziell ausgelegter Mischvorrächtungen zu bewirken sowie gegebenfalls die Füllstoffe und hitzehärtenden Materialien direkt einer Form oder einem Spritzkopf zuzuführen, und gehärtete Gegenstände in diesen Maschinen herzustellen» Solche Lösungen sind aber auf die sog* klassischen Duroplaste_s d.h_o Aminoplast- Phenolplastharze beschränkt und klären nicht die anstehende Problematik. bei hochrsaktiven Gießharzgemischen mit hohem Füllstoffanteil unter Einschluß einer erforderlichen Entgasung der Ausgangskompononteri. Die Verarbeitung von hochguarz—· mehlgefüllten. Formmassen, auf der Basis insbesondere Epoxidharze beliebiger Viskosität auf Spritzgie;ßmaschi— nen stößt vor allen Dingen auf die Problematik des Verschleißes bei Maschine und Werkzeug (bedingt durch, die abrasive Wirkung dos Quarzmehls) sowie der Beschädigung empfindlicher Einiegeteile als Folge der relativ hohen, anzuwendenden Drücke» Abgesehen davon, konnte eine vollständige Aufbereitung eines hoohreaktiven Gießharzes und anschließende unmittelbare Verarbeitung· zu qualitativ hochwertigen Formkörpern bisher nicht befriedigend gelöst werden.«

Die bisher praktizierte Aufbereitung ist nicht nur zeit- und energi.ea.ufwendig, sondern erfordert, auch größere Räume und eine aufwendige Anlagentechnik. Der ganze Verarbeitungsprozeß wird diskontinuierlich oder muß durch Rücklauf überschüssiger Isolierstoffmassen kontinuier™ lieh gestaltet v/erden»

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Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung Ton Formkörpern aus hoohreaktiven, gefüllten und hochgefüllten Duroplast-Gießharzmassen anzugeben, wonach die Formkörper auf rationelle, ökonomische Art und Weise automatisiert und mit hoher Qualität hergestellt werden können und dabei ein vertretbarer Verschleiß an Maschinenteilen, und Werkzeug auftritt und empfindliche Einlegeteile nicht beschädigt werden»

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Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur automatisierten Herstellung von Formkörpern mit oder ohne Einlege teilen für elektrische und mechanische Beanspruchungen aus hitzehärtendem Material zu schaffen, bei dem die Herstellung aus den Ausgangskomponenten einer hochreaktiven hoehquarzmehlgefüllten Gießharzmasse kontinuierlich in einem. Arbeitsgang, d.tu unter Einbeziehung einer vollständigen Aufbereitung, bei. unmittelbar nachfolgender Formfüllung und Verfestigung erfolgt« Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Verfahren in seinen 2 Hauptteilen, einer Aufbereitung der Ausgangskomponenten bei. ca 80⁰C lind einer Verarbeitung der Gießharzmasse bei> 10O⁰G entsprechend ausgestaltet und aufeinander abgestimmt wird» Die Problematik einer vollständigen Aufbereitung, d*h, auch unter Einschluß einer notwendigen Entgasung der Gießharzkomponentenanteile wird über eine ein- oder mehrstufige Dünnschichtentgasung mit Vakuum im Schneckenextruder gelöst·

Entgegen der bisher angewendeten Methoden, eine Entgasung von. verarbeitungsfähigen hochreaktiven gefüllten Gießharzmassen durch Verrühren im Vakuum in einem oder mehreren Behältern, diskontinuierlich vorzunehmen, wurde überraschenderweise gefunden, daß eine solche Aufberei-

tung in Anlehnung an die Thcrmoplastaufbereitung vorteilhaft in einem einzigen Arbeitsgang mit dosierter Zuführung und Mischung der Ausgangskomponentenanteile einschließlich des Härters in Form, einer Dünnschichtentga-. sung im Schneckenextruder erfolgen kann, der die unini.ttelbar angekoppelte Spritzgießmaschine mit der vollständig aufbereiteten Gießharzmasse beschickt. Je nach Anforderung an die Qualität des aufzubereitenden Gießharzes werden ein oder mehrere Entgasungseinheiten, verwendet. In der Entgasungseinheit wird infolge der Änderung der Schneoken_wgeometrie (Schneckendurchmesser)"ein Druokaufbau durch Verengung und nachfolgend ein. Druckabbau durch Erweiterung des Schneckenkanals erzielt, wobei, die freiwerdenden, flüchtigen Bestandteile, mit einer-Vakuumpumpe bei L Λ Torr abgesaugt v/erden» Am Ende des Extruders erfolgt ein weiterer Druckaufbau zum Transportieren des Gießharzes zur Schnecke der Verarbeitungseinheit* Im Gegensatz zum Spritzgießen von Duroplasten, das in bekannter Weise zwangsläufig mit hohen. Drücken erfolgt, vmrde überraschend gefunden, daß die zur Erweiterung des Anv/endungsb ere lohe s von Spritzgießautomaten für di.e Thermoplastverarbeitung geschaffene Zusatzeinrichtung Intrusion., welche mit niedrigen Drücken arbeitet, auch für die Verarbeitung von hochreaktiven quarzmehlgefülltem. Epoxidharz auf Spritagießautomaten eingesetzt werden.

kann. Damit v/ird zugleich der allgemeinen. Auffassung widersprochen, daß ein Verarbeiten von hochreaktiven quarzmehlgefülltem Gießharz auf herkömmlichen. Spritζgießmaschine n. auf Grund des Verschleißes bei. Maschine und Werkzeug unzweckmäßig und mit großen, ökonomischen. Wachteilen.

verbunden ist. Erreicht wird die vorteilhafte Anwendung, indem die Schnecke der Spritzgießmaschine als Förderschnecke ohne zusätzlichen statischen Druck arbeitet und die Gießharsmasse in die beheizte Form schiebt. Bei. Formfüllung wird die Rotation, unterbrochen und bei auftreten-*

dem Materialschwund, erfolgt, durch axiale Verschiebung der jetzt als Kolben-wirkenden. Förderschnecke, der Schwundausgleich.'Infolge ihrer hohen Viskosität ist die in den Formhohlraum einströmende. Gießhärzmasse'in der Lage, die dort befindliche Luft deren vergleichsweise sehr geringe innere Reibung praktisch ohne Einfluß ist zu verdrängen. Bei. entsprechender Wahl der Nachdruckhöhe kann unter Beachtung einer äquivalenten Werkzeugzuhaltekraft, auf Lüftungsschlitz e im. Wskkzeug bezüglich einer ausreichenden 0 Entlüftung ohne Nachteile verzichtet werden. Die Vorteile der Intrusion gegenüber dem normalen Spritzguß fallen, besonders dann ins Gewicht₃ wenn vergleichsweise große Forra- körper, wie a_eb* die. im Ausführungsbeispiel beschriebene 12 kV Durchführung, aus Gießhärzmasse herzustellen sind» Das Fennvolumen, dieser Formkörper kann dabei, weit über dem der Gießeinheit der Verarbeitungsmaschine liegen, und wird nur durch die Abmessungen der Sohließeinheit. begrenzt» Dadurch ist es möglichj Formkörper mit großen Volumina auf kleinen Spritzgießmaschinen, herzustellen* Weitere Vorteile sind geringe Investitionskosten und vergleichsweise geringe Werkzeugkosten, infolge der im Verfahren angewandten, relativ kleinen Schließ- und Spritzdrücke · Durch die kontinuierliche Aufbereitung großer Mengen Gießharz im Extruderdurchlauf und die unmittelbar nachfolgende Vorbereitung der hochreaktiven Gießhärzmasse durch Intrusion, wird eine entscheidende Senkung der Zykluszeit pro Formkörper erreicht. Die quantitativ hohen Füllstoffanteile gestalten gegenüber dem Gießverfahren den Materialpreis günstig. Die dadurch entstehende hohe Yiskositä-tjäer Gießharzmasse läßt eine Verarbeitung im Gießverfahren nicht zu, wirkt sich jedoch vorteilhaft auf das Einzugs- und Fließvermögen in der Förderschnecke der Spritzgießmaschine aus» Erfindungswesentlich ist, daß die eus den unterschiedlichsten Anwendungsgebieten im einzelnen und in einem anderen Zusammenhang an sich bekannten Verfahrenselemente sich sinnvoll zur erfindungsgemäßen Lösung der gestellten Aufgabe vereinigen lassen und durch die Kombination der offenbarten Merkmale be~ • 7

sonders vorteilhaft großvolumige Formkörper, die ggf. auch empfindliche äinlegeteile enthalten, aus hochreaktiven, hochquarzmehlgefüllten Gießharzmassen hergestellt werden können. Damit wurde ein längst bestehendes Bedürfnis auijdiesem Gebiet erfüllte

Ausführungsbeispiel.

Zur Herstellung einer 12 kV-Durchführung aus einem hoohreaktiven hochquarzmehlgefüllten Gießharzgemisch wird nach an si.ch bekannten Verfahrensschritten, einer dosi.er-

¹IO ten Zuführung und Mischung von Ausgangskomponent.en. eine Dünnschichtentgasung im Schneckenextruder vorgenommen.» In einem Doppelschneckenextruder erfolgt an einer ersten Eingabestelle die Eingabe von 100 Masseteilen. Epoxidharz. ED 16 mit einem Epoxidäquivalent 248 und mit einer Yis~ kösität von ca_o 4000 cP bei. 60⁰C. Die Doppelschnecke fördert das Kars zu einer zweiten Eingabestelle, wo 300 Mas— Reteile Quarzmehl, der Mahlung 9 zugegeben v/erden und auroh Rotieren dor Schnecke gemischt werden^ Die Förderung· des Hara-Quarzmehlgemisches zur 1„ Entgasungseinheit erfolgt bei 100⁰C, sowie bei veränderter Schneckengeometrie, die einen Druckaufbau bewirkt. In dieser Entg_asungseinheit wird ein'Druckgefälle durch erneute Änderung der Sohneckengeometri.e erzeugt, wobei, die in der Masse enthaltenen gasförmigen Bestandteile freigesetzt und durch ein Vakuum £ 10 Torr, welches von einer Drehschiebervakuumpumpe erzeugt wird, abgesaugt werden. Durch die dünne Schicht, des Har2-Quarzmehlgemisah.es: im Schneckengang wird eine effektive Entgasung gewährleistet. Nach dieser; Vorentgasung werden an einer dritten Eingabestelle 55 Masse teile Hexahydrophthalsäureanhydxid als Härtungsmi.ttel der Doppelschnecke bei S¹O⁰C zugeführt. Anschließend wiederholt sich der Vorgang Druckaufbau und Druckgefälle in. dor zweiten Entgasungsainlisit, v/o Gin Grobvakuum von. 20 Torr das Gemisch entgast* Danach erfolgt durch Veränderung öe:c Sehneokengeometrie der Druckaufbau für den

Transport des GIeßharz-Quarzmehl-Härter-Gemisches zur Verärbeitungseinheit, die aus einer Spritzgießmaschine mit Intrusions-Zusatasijirichtung besteht und das Sp_ritagießwerkzeug einschließt. Der im Schneckenextruder entstehende kontinuierliche Materialfluß· wird gleichzeitig mit der Rotation der Förderschnecke der Spritzgießmaschine unterbrochen,·falls nicht über eine Verteilereinrichtung mehrere Spritzgießmaschinen mit Harz-Quarzfnehl-Härte-Gemisoh beschickt werden« Kombinierte Heiz-Kühlelemente sorgen, für die erforderliche Temperaturführung im Schnekkenzylinder* An einer vierten'Eingabestelle wird in die Spritzgießmaschine das Gießharz-Quarzmehl-Härter-Gemisch und an. einer fünften Eingabestelle 0,1 MT Dime thy Ib en— zylamin als Beschleuniger eingegeben und'In der Förderschnecke durch deren Rotation vermischt. Die Förderschnecke der Spritzgießmaschine arbeitet nach dem Intrusionsprlnzlpo Durch Rotation der Schnecke wird die -Isolierst off masse in das auf 1.55⁰C temperierte Spritzgießwerkzeug eingegeben» Der bei der Formfüllung entstehende Gegendruck schiebt die.Förderschnecke bis zu einem. Anschlag zurück, die Schneckenrotation, wird unterbrochen und die stillstehende Schnecke wirkt als Kolben, der den Nachdruck erzeugt und die vor ihm befindliche Isolierstoffmasse zum Schwundausgleich in den gelierenden. Formkörper drückt. Die 12 kV Durchführung wird nach einer Zykluszeit von 7 Minuten entformt_s sie ist blasenfrei mit einer fehlerlosen glatten Oberfläche»

Claims (1)

1. 211

   Anspruch

   1*. Terfahren zur automatisierten Herstellung von Formkörpern für elektrische und mechanische Beanspruchungen durch Zuführen und Aufbereiten von Ausgangskomponentenanteilen eines synthetischen hitzehärtenden Materials in einem Schneckenextruder, anschließendem Hinzufügen eines Beschleunigers., Füllen in eine Form, und Verfestigen, gekennzeichnet dadurch, daß in der Aufbereitungsphase für hochreaktive, in der Regel gefüllte Gießharzmassen, im. Sohneckenextruder eine Dünnschichtentgasung mit Vakuum erfolgt und die so weiter aufbereitete reaktive Gießharzmasse in an sich bekannter Weise durch Schneckenförderung kontinuierlich zu einer Verarbeitungseinheit transportiert, dort durch zeit- oder druckgesteuerte Intrusion in eine Spritzgießform befördert und in dieser gehärtet wird»

   2_a Verfahren nach Punkt Ί, gekennzeichnet dadurch, daß die Zuführung der Ausgangskomponenten aus den Vorratsbehältern sowie der Transport im Schneckenextruder und in der Verarbeitungseinheit aufeinander abgestimmt (prozeßgesteuert) werden.

   3«. Verfahren nach Punkt 1 bis 2, gekennzeichnet dadurch, daß quantitative Füllst Qf fa,nt eile verarbeitbar sind, die Viskositäten oberhalb der Fließgrenze der Duroplastgießharz.-masse bedingen,

   4_e Verfahren nach Punkt Λ bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß großvolumige Formkörper hergestellt v/erden können, deren Nennhubvolumen über dem der Gießeinheit der Verarbeitungmaschine liegt*

   5_e Verfahren nach Punkt 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Fortbewegung der Gießharsmasse während des Intrudierens grundsätzlich ohne zusätzlichen statischen'Druck erfolgt,

   6* Verfahren nach Punkt 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch,· daß bei Anwendung eines 1-Iachdruokes und einer entsprechenden V/erk?;eU;5BuhaltGkraft eine Spritzgießform ohne Lüftungsschlitz ο eingenetzt v/iröu