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Schleudergußverfahren zur Herstellung von Rohren aus warmhärtbaren
Epoxydkunstharzen Die Erfindung betrifft ein Schleudergußverfahren zur Herstellung
von Rohren aus warmhärtbaren Epoxydkunstharzen, wobei die zu vergießenden Bestandteile
in Granulat- oder Pulverform der Schleuderform zugeführt und dort zum Schmelzen
und Aushärten gebracht werden.
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Es ist bereits bekannt, Rohre aus Kunststoffen nach dem in der Metallindustrie
angewandten Schleudergußverfahren herzustellen, wobei entweder der verflüssigte
Kunststoff oder aber Kunststoffpulver in die Form eingeführt wird.
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Will man dieses Verfahren mit warmhärtenden Epoxydharzen ausführen,
so ergeben sich erhebliche Schwierigkeiten. Derartige Kunststoffe haben bekanntlich
die Eigenschaft, nach mehr oder weniger kurzer »Topfzeit« auszuhärten. Beim Füllen
einer Mehrfachschleuderanlage, welche eine gewisse Zeit in Anspruch nimmt, ist bei
Verwendung genannter Kunstharze damit zu rechnen, daß der Ansatz mit Härter vorzeitig
aushärtet und unbrauchbar wird. Versucht man in Abhilfe dessen die einzelnen Komponenten,
Kunstharz und Härter - soweit sie in Pulverform vorliegen, vorher zu mischen und
das Pulver in der sich drehenden Rohrschleuder zu schmelzen, so tritt keine zufriedenstellende
Durchmischung der Schmelze ein. Dies ist besonders dadurch bedingt, daß das Harz
etwa bei 60 bis 70"C, der Härter aber - je nach chemischer Natur - bei Temperaturen
zwischen 100 und 2000 C schmilzt. Beim Schleudern macht sich dies nachteilig bemerkbar,
denn der noch ungeschmolzene Härter wandert infolge der Zentrifugalkraft in dem
bereits geschmolzenen Harz nach außen. Ergebnis ist ein ungleichmäßig vom Härter
durchsetztes Endprodukt mit allen daraus resultierenden nachteiligen Eigenschaften.
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Es hat sich gezeigt, daß man wärmehärtende Epoxydharze in Mehrfachschleuderanlagen
zu Rohren wirtschaftlich verarbeiten kann, wenn man gemäß der Erfindung wie folgt
verfährt: Das Kunstharz und der härtende Zusatz werden getrennt geschmolzen, die
Schmelzen zusammengegeben, rasch gründlichst gemischt, sofort in Wannen oder auf
ein Band in dünner Schicht ausgegossen und rasch - gegebenenfalls unter zusätzlicher
Kühlung - zum Erstarren gebracht. Durch diese Maßnahmen wird die beginnende Härtereaktion
unterbrochen, d. h., die Molekülvernetzung vollzieht sich nur teilweise, und zwar
derart, daß durch den vorzeitigen Abbruch nur eine geringe Vernetzung eintritt,
die einerseits die Gewähr dafür gibt, daß beim nachfolgenden Wiederaufschmelzen
des in zerkleinertem Zustand in die Schleudergußform eingebrachten Kunstharzes in
der umlaufenden Form keine Entmischung eintreten kann, andererseits aber die Schmelze
eine genügend niedrige Viscosität aufweist, welche für die einwandfreie Verteilung
der Schmelze über die ganze Formlänge Voraussetzung für die Erzielung einwandfreier
Rohre ist.
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Als Härter kommen zur Verwendung die hierfür bekannten Chemikalien,
wie Anhydride organischer Säuren, ferner Phenolharze, Harnstoff- und Melaminharze.
Arbeitet man mit kombinierten Härtern, beispielsweise mit einem Säureanhydrid und
einem Phenolharz, so werden die beiden Härter jeweils für sich geschmolzen und dann
mit der Kunstharzschmelze vereinigt.
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Soll das Kunstharzrohr z. B. Farbstoffe bzw. Füllstoffe enthalten,
so werden diese Stoffe der Kunstharzschmelze zugesetzt, gründlichst vermischt und
dann erst die Härterschmelze zugegeben.
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Diese so hergestellten Vormischungen, entweder mit oder ohne Füllstoff,
wobei sich der Füllstoff hinsichtlich einer Härtung inert in der Mischung verhalten
muß, sind lagerfähig. Ihre Verwendung ergibt eine wesentliche Vereinfachung des
Herstellungsprozesses von Kunststoffrohren genannter Art bzw. ermöglicht überhaupt
erst deren wirtschaftliche Herstellung, da man hinsichtlich der relativ kurzen »Topfzeit«
unabhängig geworden ist, denn bisher waren nur jeweils kleine Ansätze von Schmelze
möglich, die nur zur Füllung von ein oder zwei Gußformen ausreichten.
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Die beschriebenen Vormischungen eignen sich auch vorzüglich zur Herstellung
von Kunststoffrohren, welche als Füllmaterial Glas- oder andere Fasern enthalten.
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Abgesehen von den verfahrenstechnischen Vorzügen hat das Verfahren
den Vorteil, daß feste
Epoxydharze verwendet werden, welche sich
gegenüber flüssigen Epoxydharzen durch eine gewünschte geringere Reaktionsfreudigkeit,
höheres Molekulargewicht und günstigeren Preis auszeichnen. Die daraus hergestellten
Rohre besitzen zudem - den Vorzug höherer Wärmestandfestigkeit, größerer Elastizität
und besserer Chemikalienbeständigkeit.
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Es hat sich weiterhin gezeigt, daß es nicht notwendig ist, bei der
Herstellung von Rohren aus Kunstharzen genannter Art die Rohre bis zur völligen
Aushärtung in der Form zu schleudern. Vielmehr genügt es, das Schleudern nur so
lange vprzunehmen, bis die ausgebildeten Rohre in der Form auch ohne Rotation nicht
mehr zusammenfallen. Die Endaushärtung wird dann außerhalb der Schleuderanlage im
Wärmeofen vorgenommen, während die Schleuderanlage bereits wieder weiterverwendet
werden kann.
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Zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dies in drei
näher beschriebenen Arbeitsverfahren dargestellt.
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Beispiel 1 Als Epoxydharz wird ein handelsübliches, durch Kondensation
von Epichlorhydrin und Diphenylolpropan gewonnenes Harz verwendet mit einem Schmelzpunkt
von etwa 70"C und einem Epoxyäquivalentgewicht von etwa 500. Als Härter dient Phthalsäureanhydrid.
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700 g des genannten Harzes werden vorsichtig aufgeschmolzen und die
Schmelze auf etwa 1000 C eingestellt. 300 g Phthalsäureanhydrid (Schmelzpunkt 125°C)
werden geschmolzen und die Temperatur auf 128 bis 1300C eingestellt. Beide Schmelzen
werden in einem mit einem schnellaufenden Rührer versehenen Mischgefäß zusammengegeben
und die Mischung nach kurzer Laufzeit des Rührwerkes in dünner Schicht in einer
Blechwanne ausgegossen, wobei die Wanne notwendigenfalls von außen noch gekühlt
wird. Die Schmelze erstarrt sofort zu einem gelblichen, undurchsichtigen Produkt,
welches nach kurzer Zeit aus der Wanne herausgeschlagen und auf einer geeigneten
Mühle zu erbsen- bis bohnengroßen Stücken zerkleinert werden kann.
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Beispiel 2 Hier wird neben dem Anhydrid noch ein vorzugsweise butyliertes
Phenolharz als Härter mitverwendet, wodurch die Chemikalien- und Wärmebeständigkeit
des Endproduktes beeinflußt wird. Epoxydharz und Anhydrid sind die gleichen wie
im Beispiel 1.
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640 g Epoxydharz, 180 g Phthalsäureanhydrid und 180 g Phenolharz
werden jeweils für sich geschmolzen, die Temperaturen von Epoxydharz- und Anhydridschmelze
auf 100 bzw. 130"C, diejenige der Phenol-
harzschmelze auf 120"C eingestellt, alle
drei Schmelzen vereinigt und nach Beispiel 1 weiter verfahren.
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Beispiel 3 Für die Herstellung eines gefärbten und gefüllten Vorproduktes
werden zunächst Farbstoffe und Füllmittel in einem Trockenmischer vereinigt, und
zwar 250 g Quarzmehl und 50 g Titandioxyd. Dann werden 490 g Epoxydharz des Beispiels
1 geschmolzen und bei etwa 130 bis 140"C die 300 g Farbstoff-Füllmittel-Gemisch
unter kräftigem Rühren zugegeben, wobei die Temperatur auf etwa 100 bis 110°C absinkt.
Die zwischenzeitlich hergestellte Schmelze von 210 g Phthalsäureanhydrid mit einer
Temperatur von etwa 130"C wird anschließend hinzugefügt und nach Beispiel 1 weiter
verfahren.
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Die nach den angeführten Beispielen erhaltenen Granulate oder Pulver
werden in die Rohrformen (Kokillen) gefüllt, diese verschlossen und in Rotation
versetzt. Nach wenigen Minuten wird mit der äußeren Zufuhr von Wärme begonnen, wobei
die Rohrform möglichst rasch auf etwa 150"C erwärmt wird. Bei dieser Temperatur
wird das Schleudern während einer Stunde fortgesetzt. Die Rohrform wird dann aus
der Schleudervorrichtung herausgenommen und noch 6 Stunden im Wärmeofen bei 150"C
gehalten.
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Bei dem phenolharzhaltigen Produkt erfolgt die Nacherhitzung bei 170
bis 180°C. Anschließend wird die Rohrform erkalten gelassen und das fertige Kunststoffrohr
entnommen.