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Verfahren zum Herstellen von Hohlkörpern, z. B. Flaschen, aus einem
thermoplastischen Kunststoff nach der Methode des Sturzgießens Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zum Herstellen von Gegenständen aus thermoplastischem Kunststoff,
und sie bezieht sich besonders auf das Gießen von Hohlkörpern mittels Pasten (Plastisolen)
bei der Herstellung von Behältern. Die Verbesserung besteht darin, daß gesättigter
Dampf als Heizmedium verwendet wird.
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Bei der iiblichen Herstellung von gegossenen Hohlkörpern mittels
Pasten wird die Form mit einer flüssigen Pastenmischung (Plastisol) gefüllt und
eine vorhestimmte Zeit im Ofen erwärmt. Die flüssige Paste an den Wänden der Form
verfestigt sich als eine dünne Haut. Die überschüssige Flüssigkeit, welche nicht
erstarrt ist, wird dann ausgegossen und die Form wieder genügend lange erwärmt,
um die erstarrte Haut vollkommen zu verschmelzen oder zu verfestigen. Die Haut wird
dann als der hohle Gegenstand oder Behälter aus der Form herausgenommen.
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Die Schwierigkeit, die bei der Herstellung von Plastisolbehältern
durch dieses Verfahren besteht, ist die Unmöglichkeit, eine genügende Gleichmäßigkeit
der Wanddicke des Gegenstandes zu erzielen. Die verwendeten Formen sind im allgemeinen
zwei mit Flanschen versehene Metallteile, die an den Flanschen miteinander verbolzt
sind und die gewöhnlich Verstärkungsrippen haben. An den Flanschen oder den Verstärkungsrippen
ist das Metall viel dicker als an den anderen Flächen der Form. Dementsprechend
wurde festgestellt, daß die koagulierte Masse an diesen dickeren Flächen der Form
etwas dünner als erforderlich ist, da durch das Metall an diesen Flächen mehr Wärme
absorbiert wird. Dies ist besonders dann so, wenn heiße Luft als Heizmedium verwendet
wird, wie es im allgemeinen iiblich ist. Weiterhin wurde gefunden, daß bei der Verwendung
von heißer Luft die Ofen dadurch kompliziert sind, daß sie mit Trennwänden ausgestattet
sind, und daß besondere Formen oder Instrumente erforderlich sind, wenn versucht
wird, eine Gleichmäßigkeit der Wanddicke der Behälter zu erzielen. So wurde trotz
der vielen Vorteile dieses Sturzgießverfahrens für hohle Gegenstände gefunden, daß
die übliche Verwendung der heißen Luft als ileizmedium Nachteile hat, die dieses
Gießen von hohlen Körpern unbrauchbar machen zur Herstellung von Behältern, die
unter Bedingungen verwendbar sein sollen, die gleichmäßige Wanddicke erfordern,
z. B. Abwurfbehälter. Die gleichen Erscheinungen wie bei der Verwendung mit heißer
Luft zeigen sich bei der Verwendung anderer Wärmeträger, z. B. Fliissigkeiten oder
Niederdruckdampf. Auch in diesen Fällen ist der Wärmeübergang zwischen dem Wärmeträger
und der Form relativ niedrig und dadurch der Wärmedurchgang durch die Formwandung
von der Wanddicke der Form abhängig.
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Deshalb ist ein Zweck der Erfindung, diese Schwierigkeiten zu vermeiden
und Plastisolbehälter herzustellen, die, unabhängig von den Unregelmäßigkeiten der
verwendeten Form, gleichmäßigere Wanddicken haben, als sie bisher erzielt wurden,
und die deshalb große Spannungen aushalten können, bevor sie reißen Im besonderen
wird dies erreicht durch Verwendung von gesättigtem Dampf unter Druck als Verfestigungsmittel
für das Plastisol oder die Paste. Andere Zwecke werden aus der Beschreibung klar,
in welcher die charakteristischen Merkmale des Verfahrens angegeben sind.
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Die Erfindung beruht auf der Tatsache, daß eine Wärmemenge, die groß
genug ist, um die Form zu erwärmen und das Plastisol an der Formwand zu gelieren,
und die plötzlich auf eine Metallform, die mit der Paste gefüllt ist, abgegeben
wird, die Form gleichmäßig durchdringt, und zwar unabhängig von Unregelmäßigkeiten
der Metalldicke der Form, und dabei eine gleichmäßige Plastisolhaut an der Form
geliert.
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Eine solche Wärmemenge kann an das Plastisol durch die Form abgegeben
werden, wenn gesättigter Hochdruckdampf
auf der Form kondensiert
wird. Durch die Anwendung von Sattdampf im Hochdruckbereicll gemäß der Erfindung
wird erreicht, daß der Wärmedurchgang infolge des höheren Temperaturgefälles und
der sich bildenden Wasserhaut wesentlich größer ist als bei bekannten B7ärmeträgern,
so daß bei dem Gesamtwärmedurchgang die durch die Wandstärke der Form bedingte Unregelmäßigkeit
sich nur mehr in einem vernachlässigbar kleinen Ausmaß auswirkt.
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Durch den höheren Wärmeinhalt des Hochdruckdampfes wird bei gleicher
zugeführter Dampfmenge außerdem eine größere Wärmemenge zugeführt, so daß auch aus
diesem Grunde die Erwärmung der Form schneller und damit gleichmäßiger erfolgt.
Die durch die hohe Temperatur des Sattdampfes im Hochdruckbereich mögliche Überhitzung
des thermoplastischen Kunststoffes kann durch entsprechende Steuerung der Erwärmungszeit
und das sofort auf die Erwärmung folgende schlagartige Abkühlen vermieden werden.
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Außerdem wird bei der Verwendung von Hochdruckdampf die Bildung von
Strömungen im Wärmeträger innerhalb des Autoklavs und die damit verbundene unterschiedliche
Temperatur im Ober- und Unterteil der Form vermieden.
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Bei der Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung kann die verwendete
Paste ein Polyvinylchlorid sein, dessen Teilchen mikroskopische Abmessungen haben,
und zwar in einem organischen Weichmacher. Der Durchmesser der Teilchen kann im
Größenbereich von 0,5 bis annähernd 3 u sein. Begrenzte Mengen anderer Harze, die
chemisch dem Polyvinylchlorid ähnlich sind, können mit dem Polyvinylchlorid gemischt
werden. Der Weichmacher kann irgendeiner aus der großen Anzahl solcher Stoffe sein,
und es können mehrere zusammen verwendet werden.
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Unter denen, die verwendet werden können, sind: Di-2-äthylhexylphthalat,
Dioctylsebacat und Tricresylphosphat. Dispersionen werden erhalten, indem der Kunststoff
mit dem Weichmacher vermahlen wird und die Bestandteile direkt in einem Mischer
gemischt werden, wenn die durchschnittliche Teilchengröße genügend klein ist. Obwohl
Polyvinylchlorid bei den üblichen Temperaturen in den Weichmachern unlöslich ist,
bildet es mit ihnen eine gleichmäßige fließende Mischung. Durch Erhöhung der Temperatur
der Paste -löst sich das Polyvinylchlorid in dem Weichmacher.
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Für technische Zwecke ist eine Temperatur von ungefähr 1750 C zu bevorzugen.
Wenn diese Lösung auf eine mäßige Temperatur von beispielsweise unter 1000 C erwärmt
wird, erstarrt die Masse, aber sie wird nicht vollkommen oder dauerhaft fest, und
sie verschmilzt auch nicht, bevor nicht eine höhere Temperatur, im allgemeinen über
1750 C, angewendet wird.
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Es wird eine Form, vorzugsweise eine zweistückige Form, verwendet,
die in ihrer Innenseite der Form des gewünschten Gegenstandes entspricht. Es können
jedoch auf elektrischem Wege durch Sandguß hergestellte oder gespritzte Metallformen
verwendet werden, wenn die Wände genügend dünn sind, um die Wärmeleitung zu der
Paste hin und von der Paste weg innerhalb der Form zu gewährleisten. Vorzugsweise
ist die Form mit einem Standrohr zum Einfüllen und zum Ausgießen des überschüssigen
flüssigen Kunststoffes versehen.
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In dem Verfahren wird die Form im allgemeinen bis zu einem Punkt
in dem Standrohr gefüllt, so daß der flüssige Kunststoff das gesamte Innere der
Wand herührt. Dies wird bei einer Temperatur durdeführt, die unterhalb der Erstarrungs-
oder Gelier-
temperatur der Kunststoffmischung ist, und im allgemeinen ist Zimmertemperatur
brauchbar.
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Nachdem die Form mit der Paste gefüllt ist, wird das offene Ende
des Standrohres mit einer Platte oder einem umgekehrten Becher lose bedeckt, und
die Form wird in eine Dampfdruckkammer gebracht, um eine Schicht der plastizierten
Kunststoffmischung an der Formwand zu gelieren oder zu erstarren. Dieses Gelieren
oder Erstarren wird erzielt, indem gesättigter Dampf unter einem Druck von 1,4 bis
7 kg/cm2 durch die Kammer und um die Form herum geleitet wird.
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Die vom gesättigten Dampf bei diesen Drücken abgegebene Hitze ist
so groß, daß sie die Metallform durchdringt und auf die Paste so schnell einwirkt,
daß eine Schicht des plastifizierten Kunststoffes sich fast sofort an den Innenwänden
der Form bildet und eine scharfe Demarkationslinie zwischen dem gelierten und dem
nichtgelierten Teil der Paste ergibt. Die Dampfdruckgrenzen von 1,4 bis 7 kg/cm2
werden durch die Tatsache bestimmt, daß bei einem Druck unter 1,4 kg/cm2 die gelierte
oder erstarrte Schicht breiig und an den dickeren Teilen der Formwand im allgemeinen
dünner ist, was anzeigt, daß die Wärmeabgabe durch die Metallwand der Form zu langsam
und die Wärmemenge zu gering ist. Dampfdrücke über 7 kg/cm2 übertragen zu viel Hitze
zu plötzlich, um eine hefriedigende Steuerung der Dampfzuführung zu ermöglichen,
und erfordern besondere Vorrichtungen dieser Steuerungen.
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Man läßt dann die gefüllte Form in der Hochdruckdampfkammer, bis
die Erstarrung vollständig ist.
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Diese Zeitspanne reicht von dem Bruchteil einer Minute bis zu 1 oder
2 Minuten, abhängig vom Druck des Dampfes und der Wanddicke des zu fertigenden Gegenstandes.
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Nach Beendigung des Erstarrens wird die Form plötzlich abgekühlt,
indem sie mit kaltem Wasser übersprüht wird. Dann wird sie gekippt, so daß die nicht
erstarrte, überschüssige Paste aus der Form abfließen kann. Die Form, die die anhaftende,
erstarrte Plastisolhaut enthält, wird dann zum Verfestigen in einen Ofen gebracht.
Es kann entweder Luft oder Dampf mit einer Temperatur von ungefähr 1750 C verwendet
werden, um die gelierte Plastisolschicht zu verschmelzen oder vollständig zu verfestigen.
Die Zeit für das Verschmelzen hängt ab von der Dicke der Plastisolschicht und beträgt
im allgemeinen 20 bis 30 Minuten. Nach dem Verfestigen wird die Form aus dem Ofen
entfernt und so abgekühlt, daß der Gegenstand in der Form genügend kalt ist, um
ihn handhaben zu können. Die Form wird dann geöffnet und der Gegenstand herausgenommen.
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Bei der Durchführung des Verfahrens kann ein kombinierter Tank und
Autoklav für das Gelieren, Abkühlen und Verfestigen verwendet werden. Es können
aber auch für jede dieser Verfahrensstufen getrennte Tanks und Autoklaven verwendet
werden.
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Im folgenden wird ein Beispiel zur Erläuterung einer befriedigenden
Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung gegeben: Ein Plastisol, das aus
einem sehr feingesiebten Polyvinylchlorid besteht, das mit einem Pigment in D i-2-äthylhexylphthalat
als Weichmacher dispergiert ist, wird in eine flaschenförmige Form gegossen, die
mit einem Standrohr ausgestattet ist und deren Volumen bei Zimmertemperatur etwas
über 381 ist. Die Flüssigkeit steht ungefähr 7,5 cm in dem Standrohr.
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Ein umgekehrter Becher wird über das Standrohr gestülpt und die gefüllte
Form dann in eine Dampfkammer oder in einen Autoklav gebracht, darauf wird
Dampf
mit einem Druck von 4,9 kg/cm2 und einer Temperatur von 1570 C eingeleitet. Nach
etwa 1 Minute erreicht der Dampf in der Kammer oder im Autoklav den Druck von 4,9
kg/cm2; 3/4 Minuten lang wird dieser Druck aufrechterhalten. Dann wird der Dampf
abgestellt und 1 Minute gewartet, bis der Druck gefallen ist. Die Kammer wird dann
geöffnet, und es wird sofort kaltes Wasser auf die Form gesprüht, bis die Temperatur
der Paste gut unterhalb der Erstarrungstemperatur liegt. Die nichtgelierte flüssige
Paste wird dann ausgegossen und die Form eine beträchtliche Zeit abtropfen gelassen.
Dann wird die Form ungefähr 1/3 Stunde lang in heiße Luft von ungefähr 1750 C gebracht,
danach genügend abgekühlt, um sie handhaben zu können, geöffnet und der geformte
Gegenstand daraus entfernt. Der so hergestellte Gegenstand hat eine gleichmäßige
Wanddicke von 0,5 cm.
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Um ihn auf seine Festigkeit zu prüfen, kann er mit Wasser gefüllt,
zugestöpselt und mehrere Male aus einem Flugzeug aus einer Höhe von 3250 m auf verschiedenen
Untergrund, z. B. auf Zementpflaster, den Erdboden usw., fallen gelassen werden.
Trotz wiederholten Aufschlagens wird der Gegenstand keine ernstliche Schädigung
erleiden.