DE10335613A1 - Set zur Herstellung von Kunststoffformen - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Set, welches zur Vorbehandlung von Modellen bei der Herstellung von Formen geeignet ist. Das erfindungsgemäße Set enthält Polyesterharz; einen Härter; einen Versiegler und ein Trennmittel. Die vorliegende Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zur Vorbehandlung von Modellen unter Verwendung dieses Sets sowie auf Verfahren zur Herstellung von Formen unter Verwendung derartig vorbehandelter Modelle, wie auch auf die so erhaltenen Produkte.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Herstellung von Formen, wie sie beispielsweise bei der Herstellung von Bauteilen in der Automobilzulieferindustrie eingesetzt werden.
  • Stand der Technik
  • Bei der Herstellung von Bauteilen in der Automobilzulieferindustrie wird üblicherweise zunächst ein Urmodell des Bauteils aus für die einfache Formgebung geeigneten Werkstoffen geformt. Beispiele für solche Werkstoffe sind Holz, Styropor, glasfaserverstärkter Kunststoff oder Ton. Anhand dieses Urmodells wird anschließend eine Negativ-Form gebildet, die zur Serienfertigung, insbesondere zur Kleinserienfertigung des gewünschten Bauteils eingesetzt werden kann.
  • Bei der Herstellung von Formen mittels der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren besteht jedoch der Nachteil, dass sich das Urmodell nur schwer aus der Form herauslösen lässt. Dies führt oftmals dazu, dass Formen mit unbefriedigenden Oberflächeneigenschaften erhalten werden und/oder dass das Urmodell bei dem Herauslösen aus der Form beschädigt wird, so dass es für das Erstellen weiterer Formen nicht mehr zur Verfügung steht.
  • Darstellung der Erfindung
  • Entsprechend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, die wiederholte Herstellung von Formen hoher Oberflächenqualität von einem Urmodell zu ermöglichen.
  • Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst durch das in Patentanspruch 1 definierte Set und durch ein Verfahren zur Behandlung von Formen mit den in Patentanspruch 12 genannten Verfahrensschritten. Das Verfahren ist besonders zweckdienlich für das Behandeln von Urmodellen, lässt sich aber auch vorteilhaft für beliebige Modelle einsetzen. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Sets sind in den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 11, und bevorzugte Verfahren in den abhängigen Patentansprüchen 13 bis 16 angegeben.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Herstellung von Formen unter Verwendung der entsprechend behandelten Modelle bzw. Urmodelle. Dieses Verfahren ist in Ansprüchen 17 und 18 beschrieben.
  • Schließlich bezieht sich die vorliegende Erfindung auch auf die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelten Modelle bzw. Urmodelle und die unter Verwendung dieser Modelle bzw. Urmodelle hergestellten Formen.
  • Ausführliche Beschreibung der Erfindung
  • I. Bestandteile des erfindungsgemäßen Formenbau-Sets
  • Polyesterharz
  • Als Polyesterharz der Komponente A kann jedes aushärtbare ungesättigte Polyesterharz eingesetzt werden. Derartige Harze sind typischerweise Polykondensate aus Dicarbonsäuren mit zweiwertigen Alkoholen, wobei ein Teil der Dicarbonsäuren und/oder der Diolkomponente ungesättigt ist. Die Verwendung eines gewissen Anteils an mehrwertigen Komponenten ist ebenfalls möglich.
  • Als geeignete Diolkomponenten können aliphatische oder aromatische Verbindungen mit 2 bis 20 (bevorzugt 2 bis 8) Kohlenstoffatomen und zwei Hydroxidgruppen, wie z.B. Ethylenglykol, Diethylenglykol, Neopentylglykol, 1,3-Propandiol und 1,6-Hexandiol, genannt werden.
  • Geeignete mehrwertige Alkohole sind beispielsweise aliphatische oder aromatische Verbindungen mit 3 bis 20 (bevorzugt 3 bis 10) Kohlenstoffatomen und drei oder mehr Hydroxidgruppen, wie etwa Glycerin und Trimethylolpropan.
  • Geeignete Dicarbonsäuren sind beispielsweise aliphatische oder aromatische Verbindungen mit 2 bis 20 (bevorzugt 2 bis 8) Kohlenstoffatomen und zwei carbonsäuregruppen, wie beispielsweise o-Phthalsäure, Terephthalsäure, Adipinsäure und Sebacinsäure. Ungesättigte Dicarbonsäuren zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung sind beispielsweise Fumarsäure oder Maleinsäure. Weiterhin können auch Anhydride von Dicarbonsäuren, wie beispielsweise Phthalsäureanhydrid oder Maleinsäureanhydrid verwendet werden. Die erfindungsgemäßen Polyester sind jedoch nicht auf die vorstehend genannten Bausteine beschränkt.
  • Das Polyesterharz kann in gelöster Form vorliegen. Insbesondere sind styrolhaltige Harze für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet, da das Styrol als Comonomer bei der Aushärtung des Harzes fungieren kann. Kommerziell erhältliche Harze können ebenfalls eingesetzt werden. Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung des Harzes Tint Base Hi-Gloss von Hawkeye Industries erwiesen, das über Hawk International Distributors, Marietta Georgia 3068, 3050 Brookview Dr. bezogen werden kann.
  • Das Polyesterharz kann vorteilhafterweise einen Beschleuniger enthalten. Beschleuniger katalysieren den Zerfall peroxidischer Härter und beschleunigen somit die Aushärtung des Harzes. Geeignet sind beispielsweise Beschleuniger auf Amin- oder Urethan-Basis, bevorzugt sind jedoch insbesondere auch Kobaltbeschleuniger wie etwa Kobaltoctoat. Der Beschleuniger kann dem Polyesterharz jedoch auch separat zugegeben werden.
  • Härter
  • Der Härter hat die Aufgabe eine Vernetzung und somit eine Aushärtung des Polesterharzes herbeizuführen. Er sollte daher auf das eingesetzte Polyesterharz abgestimmt sein. Typischerweise werden Härter eingesetzt, die z.B. bei Erwärmung Radikale bilden. Geeignet sind beispielsweise tert-Butylperoxybenzoat, Acetylacetonperoxid und der bekannte MEKP-Härter, der 2-Butanonperoxid enthält. Es können jedoch auch beliebige alternative Härter verwendet werden, so lange sie geeignet sind, ein Vernetzen und damit ein Aushärten des Polesterharzes zu verursachen. Weiterhin ist auch die Verwendung von Mischungen verschiedener Härter denkbar.
  • Der Härter kann gelöst in einem Lösungsmittel wie Acetylaceton eingesetzt werden.
  • Die Menge des einzusetzenden Härters wird bestimmt durch die Struktur der Komponenten A und B, sowie durch die Verarbeitungstemperatur und die gewünschte Topfzeit. Grundsätzlich verkürzt eine Erhöhung der Menge an Härter die Topfzeit. Als Faustregel gilt weiterhin dass bei höheren Temperaturen geringere Mengen an Härter für eine gewünschte Topfzeit erforderlich sind.
  • Lösungsmittel
  • Für Auftragen der Mischung aus Komponenten A und B ist es von Vorteil, deren Viskosität zu verringern. Dies erleichtert die Handhabung und ermöglicht ein Benetzen der gesamten Oberfläche auch bei komplexen Oberflächenstrukturen. Ein geeignetes Einstellen der Viskosität mittels Zugabe eines Lösungsmittels hat sich insbesondere im Falle des Auftragens durch Aufsprühen als vorteilhaft erwiesen.
  • Das eingesetzte Lösungsmittel sollte mit beiden Komponenten mischbar sein, also eine mittlere Polarität aufweisen. Weiterhin sollte der Siedepunkt des Lösungsmittels nicht zu hoch liegen, so dass nach dem Auftragen der Mischung das Lösungsmittel leicht abdampfen kann. Als Lösungsmittel können Ether mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen, wie beispielsweise Diethylether oder Tetrahydrofuran, Ester mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen wie beispielsweise Essigsäureethylester, Ketone mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen wie beispielsweise Aceton oder Methylethylketon (MEK) oder Alkohole mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen wie beispielsweise Ethanol oder Propanol eingesetzt werden. Bevorzugt ist die Verwendung von Ketonen und MEK ist ein besonders bevorzugtes Lösungsmittel. Auch die Verwendung von Mischungen zweier oder mehrerer geeigneter Lösungsmittel ist möglich.
  • Die Menge des einzusetzenden Lösungsmittels ist abhängig von der Natur des Lösungsmittels, der Komponenten A und B, sowie von der gewünschten Viskosität. Für das Aufsprühen der Mischung aus Komponenten A und B hat sich ein Lösungsmittelgehalt von 5 bis 15 Gew% (bezogen auf die Gesamtmenge an Komponente A und Lösungsmittel, aber ohne Komponente B), bevorzugt 8 bis 12 Gew.%, als vorteilhaft erwiesen. Diese Angaben gelten insbesondere bei der Verwendung von MEK als Lösungsmittel.
  • Der genaue Zeitpunkt der Zugabe des Lösungsmittels ist nicht näher festgelegt, kann also vor, während oder nach der Zugabe der Komponente B (Härter) zur Komponente A (Polyesterharz) erfolgen. Eine Zugabe des Lösungsmittels vor der Mischung der Komponenten A und B ist jedoch von Vorteil, da die geringere Viskosität die Mischung der Komponenten A und B erleichtert. Das Lösungsmittel kann in dem erfindungsgemäßen Set bereits in Form einer Mischung mit dem Polyesterharz der Komponente A vorliegen.
  • Versiegler
  • Der Versiegler hat die Aufgabe, die Poren der mit dem Polyesterharz bedeckten Oberfläche zu verschließen, und die Haftung zwischen dem Trennmittel und der mit dem Polyesterharz bedeckten Oberfläche des Modells zu gewährleisten.
  • Geeignete Versiegler können Epoxidharze in einer Mischung aus aliphatischen und aromatischen Naphtas (Kohlenwasserstoffen) als Lösungsmittel umfassen. Als besonders geeignet hat sich das Produkt TR 910 erwiesen, welches kommerziell durch die Firma Pultex GmbH, Hans-Böckler-Str. 20, 47877 Willich, vertrieben wird.
  • Der Versiegler sollte möglichst dünnflüssig sein, so dass er mit einem Lappen aufgetragen werden kann und so eine dünne Schicht im ⎕m-Bereich zu bilden vermag.
  • Trennmittel
  • Das Trennmittel wird aufgetragen, um die Wechselwirkung zwischen Modell und Form zu verringern, und so ein leichtes Ablösen des Modells aus der gebildeten Form ohne dessen Beschädigung zu ermöglichen.
  • Als Trennmittel werden üblicherweise semipermanente Trennmittel auf Basis von Epoxidharzen verwendet. Bevorzugt ist der Einsatz des Trennmittels TR 920, welches durch die Firma Pultex GmbH, Hans-Böckler-Str. 20, 47877 Willich, erhältlich ist.
  • II. Verfahren zur Behandlung des Urmodells und zur Herstellung von Formen
  • Mischen der Komponenten A und B
  • Das Mischen der Komponenten A und B kann mittels beliebiger Techniken und Rührvorrichtungen erfolgen. Zu beachten ist hierbei lediglich, dass eine möglichst homogene Mischung erhalten wird. Weiterhin sollte der Mischungsvorgang möglichst schnell erfolgen, damit ausreichend Zeit verbleibt, die Mischung auf das Urmodell aufzutragen, bevor das Harz zu sehr ausgehärtet ist.
  • Auftragen der Mischung aus Komponenten A und B
  • Die Oberfläche des Urmodells sollte trocken, sauber und staubfrei sein. Die Mischung aus Komponenten A und B wird so auf das Urmodell aufgetragen, dass die Oberfläche des Urmodells zumindest bereichsweise mit einer gleichförmigen Schicht des Harzes bedeckt ist. Als besonders geeignet hat sich hierbei ein Auftragen des Harzes mittels Besprühen der Oberfläche des Urmodells erwiesen. Insbesondere bei Urmodellen mit einfacher Oberflächenstruktur sind jedoch auch alternativ übliche Verfahren zum Auftragen von Lacken geeignet.
  • Die Dicke der Harzschicht sollte etwa 200 bis 500 um betragen. Bevorzugt sind 300 μm.
  • Wartezeit(en)
  • Die Mischung der Komponenten A und B wird üblicherweise in mehreren dünnen Schichten naß in naß aufgetragen, wobei eine Ablüftzeit von ca. 10 Minuten zwischen den einzelnen Arbeitsgängen eingehalten wird.
  • Der darauffolgende Arbeitsgang wird günstigerweise erst dann durchgeführt, wenn das Polyesterharz vollständig ausgehärtet ist. Bei einer Topfzeit von 20 bis 40 Minuten ist eine Wartezeit von 12 Stunden bei einer Temperatur von 20°C oder 4 Stunden bei einer Temperatur von 60°C (Tempern) ausreichend.
  • Auch zwischen den darauffolgenden Arbeitsschritten ist das Einhalten von Wartezeiten von 10 bis 60 Minuten sinnvoll. Beispielsweise sollten zwischen dem Auftragen des Versieglers und dem Auftragen des Trennmittels etwa 20 bis 60 Minuten, bevorzugt 40 Minuten liegen. Die selbe Wartezeit sollte auch nach dem Auftragen des Trennmittels eingehalten werden. Wartezeiten von etwa 10 bis 30 Minuten, bevorzugt 20 Minuten, haben sich zwischen identischen Arbeitsgängen bei mehrfachem Auftragen der selben Komponente als vorteilhaft erwiesen.
  • Auftragen des Versieglers und des Trennmittels
  • Sowohl der Versiegler als auch das Trennmittel können auf beliebige Art aufgetragen werden, so lange jeweils eine gleichmäßige und dünne Schicht (mit einer Dicke im μm-Bereich) erhalten wird. In diesen Fällen hat sich ein Lappenauftrag als besonders geeignet erwiesen. Es ist zweckmäßig, die gesamte Oberfläche des Urmodells mit dem Versiegler und dem Trennmittel zu bedecken, die ein späteres Trennen des Urmodells von der Form behindern könnte. Dies ist nicht notwendigerweise die gesamte Oberfläche des Urmodells.
  • Es hat sich als günstig erwiesen, das Auftragen des Versieglers und des Trennmittels ein bis fünf mal zu wiederholen. Bevorzugt sind Verfahren, bei denen der Versiegler in drei Arbeitsgängen, und bei denen das Trennmittel in zwei Arbeitsgängen aufgetragen wird.
  • Herstellung der Form
  • Die Form kann mittels konventioneller Techniken um das gemäß den oben beschriebenen Schritten behandelte Urmodell gefertigt werden. Die Form kann nur diejenigen Flächen des Urmodells umschließen, die den Sichtflächen des späteren Erzeugnisses entsprechen (offene Formen), oder sie kann das Urmodell vollständig umschließen (geschlossene Formen). Hierbei wird üblicherweise ein faserverstärktes Kunststofflaminat als Form gefertigt.
  • Typischerweise werden zur Herstellung dieses Kunststofflaminats aushärtbare Polyester- oder Epoxidharze eingesetzt. Zur Zusammensetzung der geeigneten Polyesterharze, und der Verwendung geeigneter Härter wird auf die obigen Ausführungen verwiesen. Das Harz wird mit Glasfasern verstärkt. Denkbar ist jedoch auch der Einsatz von Aramidfasern oder Kohlefasern. Aus Kostengründen ist die Verwendung von Polyesterharzen und Glasfasern jedoch bevorzugt. Die Fasern werden in Form von Matten eingesetzt, die gewebt oder auf andere Art (z.B. Nonwoven) in einen textilen Flächenverbund gebracht wurden.
  • Bei der Herstellung der Form für Kleinserien wird die Oberfläche des behandelten Urmodells üblicherweise in mehreren Arbeitsgängen mit Fasermatten bedeckt und anschließend mit dem bereits mit Härter vermischten Kunststoffharz getränkt. Bei jedem Arbeitsgang wird überschüssiges Harz entfernt, um ein geeignetes Verhältnis von Harz zu Fasern zu erhalten. Dies kann unter Verwendung von spachtelartigen Werkzeugen mittels Streichbewegungen über die getränkte Oberfläche erfolgen. Die Form wird mit den Trennebenen hergestellt, die erforderlich sind, um später das Erzeugnis ohne Beschädigung von Form und/oder Erzeugnis aus der Form zu lösen. Die Trennebenen werden üblicherweise durch angeformte Flansche vorgegeben.
  • Anschließend lässt man das Urmodell mit der nur die Sichtfläche des Erzeugnisses oder das Erzeugnis ganz umschließenden Form aushärten.
  • Es sind jedoch auch andere Verfahren zur Formenherstellung möglich.
  • In dem darauffolgenden Arbeitsgang wird das Urmodell aus der Form herausgelöst. Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Formenbau-Sets sind keine besonderen Werkzeuge notwendig. Das Urmodell löst sich durch Schwerkraft von der Form. Bei offenen Formen wird empfohlen, das Urmodell mechanisch zu unterstützen, um ein vorzeitiges Lösen des Urmodells aus der offenen Form zu verhindern.
  • Schließlich kann die Form noch durch manuelles Schleifen o.ä. mechanisch nachbearbeitet werden, um etwaige Fehlerstellen auszugleichen.

Claims (20)

  1. Formenbau-Set, umfassend die folgenden Bestandteile: A. Polyesterharz; B. Härter; C. Versiegler; und D. Trennmittel
  2. Set nach Anspruch 1, worin das Polyesterharz A ein ungesättigtes Polyesterharz ist.
  3. Set nach Anspruch 1 oder 2, worin das Polyesterharz A Styrol enthält.
  4. Set nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, worin das Polyesterharz zusätzlich ein Lösungsmittel enthält.
  5. Set nach Anspruch 4, worin das Lösungsmittel ein Keton, insbesondere Methylethylketon ist.
  6. Set nach Anspruch 4 oder 5, worin das Polyesterharz 6 bis 14 Gew.% Lösungsmittel enthält.
  7. Set nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, worin der Härter einen oder mehrere der Bestandteile tert-Butylperoxybenzoat, Acetylacetonperoxid und 2-Butanonperoxid enthält.
  8. Set nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, worin als weitere Komponente E ein Lösungsmittel enthalten ist.
  9. Set nach Anspruch 8, worin das Lösungsmittel Methylethylketon ist.
  10. Set nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, worin der Versiegler Epoxidharze in einer Mischung aliphatischer und aromatischer Naphthas enthält.
  11. Set nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, worin das Trennmittel auf Epoxidharzbasis enthält.
  12. Verfahren zum Behandeln von Modellen zur Herstellung von Formen unter Verwendung des Formenbau-Sets gemäß Ansprüchen 1 bis 11, umfassend die folgenden Schritte: a. Versetzen des Polyesterharzes A mit Härter B; b. Auftragen der in Schritt a erhaltenen Mischung auf die Oberfläche eines Modells; c. Auftragen des Versieglers C auf die in Schritt b erhaltene Oberfläche; und d. Auftragen des Trennmittels D auf die in Schritt c erhaltene Oberfläche.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, worin die Schritte c und/oder d jeweils ein bis fünf mal wiederholt werden bevor der nachfolgende Schritt durchgeführt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, worin zwischen den einzelnen Schritten Wartezeiten von 10 bis 60 Minuten eingehalten werden.
  15. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 14, worin vor Schritt b dem Polyesterharz A oder der in Schritt a erhaltenen Mischung aus Komponenten A und B das Lösungsmittel E zugegeben wird.
  16. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 15, worin die Mischung aus Komponenten A und B auf die Oberfläche des Modells gesprüht wird und/oder die Komponenten C und/oder D mit einem Lappen aufgetragen werden.
  17. Verfahren zum Herstellen von Kunststoffformen unter Verwendung eines nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 16 behandelten Modells, worin die in Schritt d erhaltene Oberfläche mit einem faserverstärkten Kunststoff bedeckt wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, worin der Kunststoff mit Glasfasern verstärkt ist.
  19. Behandeltes Modell, das erhältlich ist nach dem Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 16.
  20. Kunststoffform, die nach dem Verfahren gemäß Anspruch 17 oder 18 erhältlich ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE3918389A1 (de) * 1989-06-06 1990-12-20 Weigel Susanne Verfahren zur herstellung von formteilen
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