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Verfahren zum Herstellen von Stäben, Rohren, Platten aus selbsthärtenden,
mit Glanzpigmenten versetzten Harzen Bekanntlich lassen sich plastische Massen,
wie Celluloid, Kunsthorn, polymere Methacrylsäureester, mit sogenannten Glanzpigmenten
in der Weise versetzen, daß Produkte mit perl- oder perimutterartigem Aussehen entstehen.
Die Glanzpigmente bestehen aus blättchen- oder nadelförmigen Kristallen von mehr
oder weniger hohem Brechungsindex. Sie zeigen also eine stark reflektierende Wirkung
auf einfallendes Licht, jedoch nur dann, wenn das Licht nicht auf die Kanten, sondern
auf die großen Flächen der Kristalle trifft.
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Bei der Herstellung von derartigen Formkörpern ist also darauf zu
achten, daß die großen Achsen der in die plastische Masse eingebetteten Kriställchen
annähernd parallel und in eine Ebene oder aber parallel zu einer gewünschten Fläche
zu liegen kommen. Die hierfür angewendeten Verfahren werden als Orientierungsprozesse
bezeichnet. Die Orientierung der Kristalle erfolgt hierbei meist durch einen Fließvorgang.
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Die Kristalle suchen sich in diesem Falle in Fließrichtung auszurichten.
Es sind aber auch andere Prozesse vorgeschlagen worden, die zu einer Kristallorientierung
führen können, so z. B. Pressen oder die Anwendung elektrischer oder magnetischer
Felder.
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So ist ein Verfahren beschrieben, Platten aus härtbaren Harzen, die
mit Glanzpigmenten eingefärbt sind, dem Einfluß elektrischer Felder zu unterwerfen.
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Diese Felder richten die Kristalle in der Weise aus, daß eine ihrer
großen Achsen sich parallel zu den Kraftlinien stellt. Es wird also wenigstens bis
zu einem gewissen Grade eine gewünschte Orientierung erreicht.
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Es ist ferner möglich, eine vorzügliche Orientierung von Glanzpigmentkristallen
in plastischen Massen durch ein Verfahren zu erzielen, das allgemein als Schleudergußverfahren
bekannt ist. Hierbei werden Mischungen von härtbaren Harzen mit Glanzpigmenten in
eine um eine horizontale Achse rotierende Metalltrommel gebracht. Durch die Zentrifugalkraft
wird die Mischung gegen die Wände der Trommel geschleudert. Die Orientierung der
Kristalle erfolgt hier durch eine gegenüber der Umdrehungsgeschwindigkeit verzögerte
Fließbewegung des Harzes. Nach dem Gelieren oder gegebenenfalls nach dem Aushärten
kann das gebildete Rohr entnommen und zu Platten oder anderen Gegenständen verformt
werden.
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Die kontinuierliche Herstellung von Formkörpern der genannten Art,
also z. B. von Platten oder Strängen, wird meist nach einem Zieh- oder Strangpreßverfahren
durchgeführt. Das Ziehverfahren ist in der Celluloidfabrikation gebräuchlich. Hier
verläßt ein beliebig breit gewähltes Band aus mit Glanzpigmenten angefärbter Celluloidmasse
unter Druck eine Schlitzdüse.
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Durch den kontinuierlichen Fluß des Materials werden die Kristalle
in die gewünschte Richtung, parallel zur Oberfläche des Bandes gezwungen.
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Auch unter Verwendung eines Kalanders lassen sich Folien mit entsprechender
Orientierung der in die Masse eingebetteten Kristalle herstellen. Dieses Verfahren
wird hauptsächlich angewendet zur Erzeugung von perlglänzenden Folien auf der Grundlage
Polyvinylchlorid.
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Bei plastischen Massen, die auf Basis Casein oder auch Methacrylsäureester
hergestellt sind, erreicht man auch mit Hilfe einer sogenannten Strangpresse entsprechende
Effekte. Hier findet die Orientierung der eingebetteten Kristalle durch den Fluß
des Materials in der Austrittsdüse der Maschine statt. Bei geeigneter Konstruktion
der Austrittsdüse läßt es sich in diesem Falle auch erreichen, daß in der Mitte
des Stranges ein »Kippen« der Kristalle stattfindet. Die Kristalle sind dann etwa
parallel zur Oberfläche einer Kugelkalotte angeordnet, deren Gipfelpunkt in der
Mitte des Stranges liegt. Eine Orientierung aller Kristalle genau senkrecht zur
Austrittsrichtung des Stranges ist auf diese Weise jedoch nicht möglich, da der
kontinuierliche Fließvorgang durch die Reibung der Masse an und in der Nähe der
Düsenwandung ein ungleich schnelles Austreten bewirkt. Die Randpartien fließen langsamer
als die Mitte. Zudem treten an der Düsenwandung turbulente Störungen auf.
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Eine möglichst gleichmäßige und zur Achse des Stranges senkrechte,
parallele Orientierung der Kristalle ist in manchen Fällen wünschenswert. Am einfachsten
erreicht man dieses Ziel durch Orientierung der Kristalle in elektrischen oder magnetischen
Feldern, deren Kraftlinien senkrecht zur Achse des Stranges verlaufen. Es ist verständlich,
daß in diesem Falle ein Fließen der mit Glanzpigmenten eingefärbten Masse m eine
entsprechende Form die durch das Kraftfeld
erzielte Ausrichtung
stört. Damit verbietet sich hier die Anwendung einer Strangpresse oder einer ähnlichen
Vorrichtung.
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Es wurde nun gefunden, daß man bei Anwendung geeigneter Vorrichtungen
kontinuierlich Stränge der gewünschten Art herstellen kann, und zwar insbesondere
dann, wenn man mit sogenannten selbsthärtenden Harzen arbeitet, wie Polyesterharzen,
Epoxyharzen usw. Erflndungsgemäß wird so gearbeitet, daß nach Orientierung der Glanzpigmente
und nach Gelierung, jedoch vor vollständiger Aushärtung der Harzmischung der Formling
durch Einfüllen einer der ersten Mischung äquivalenten Menge Harz in die Form aus
dieser herausgedrückt und so die Form neu gefüllt wird und das Entfernen und Ftillen
automatisch nur dann erfolgt, wenn der Grad der Gelierung des Harzes ein verformungsfreies
Herausdrücken des Formkörpers ermöglich. Die in z. B. Polyester eingebetteten Kristalle
werden in einem Rohr oder einer sonstwie profilierten, länglichen Form mit durchweg
gleichem Querschnitt in bekannter Weise durch Anlegen elektrischer oder magnetischer
Kraftfelder orientiert. Während der Orientierung findet gleichzeitig ein der Geschwindigkeit
nach regelbarer Polymerisationsprozeß statt, der schließlich zu einer Gelierung
oder teilweisen Aushärtung des Materials führt. Diese Polymerisation wird so weit
getrieben, daß die Masse bei Entnahme aus der Form noch nicht definitiv ausgehärtet
ist. Sie soll vielmehr noch so weich und elastisch sein, daß sie zwar außerhalb
der Form ihr Profil im wesentlichen behält, daß ihr aber die noch nicht auspolymerisierten
Anteile eine gewisse Duktilität verleihen, insbesondere aber, daß die Anteile, die
mit der Formwand in Berührung sind, noch so viel Gleitfähigkeit aufweisen, daß man
sie bequem aus dem Rohr bzw. der sonstwie profilierten Form herausdrücken kann.
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An dem einen Ende des der Formung dienenden Rohres ist unmittelbar
eine Kolbenpumpe oder Dosierpumpe angebracht Sobald die Masse in der Form nach vollendeter
Orientierung der Kristalle eine gewisse Festigkeit in dem eben geschilderten Sinn
erreicht hat, wird die Dosierpumpe in Gang gesetzt. Sie drückt in das Rohr eine
neue Menge vorbereitete Harzmischung, wodurch der Formling aus dem Rohr am anderen,
offenen Ende herausgepreßt wird, unter gleichzeitiger Wiederauffüllung der Form.
Das Verschließen des offenen Endes der Form kann z. B. durch eine geeignete Verschlußvorrichtung,
die mit der Dosierungspwnpe gekoppelt ist, erfolgen, d. h. also, der Verschluß tritt
in Tätigkeit, sobald der fertige Formling die Form verlassen hat und diese mit neuem
härtbarem Harz gefüllt ist. Man kann aber auch, was in vielen Fillen einfacher ist,
einen kleinen Rest des bereits gelierten oder vorgehärteten Materials als Verschluß
am Ende der Fomo belassen, und zwar in der Weise, daß die Dosierpumpe stets etwas
weniger Material in die Form einpreßt, als zum vollständigen Auffüllen der Form
notwendig ist.
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Die Förderleistung der Dosierpumpe ist einstellbar, ebenso der Rhythmus
ihrer Betätigung. Die Förderleistung richtet sich nach dem Fassungsvermögen der
Form. Der Rhythmus ihrer Tätigkeit ist abhängig von der benötigten Verweilzeit der
Masse in der Form selbst.
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Die die Form verlassenden Formlinge werden zweckmäßig von einem Fö*band
transportiert. Sie können ausgehärtet werden g der üblichen Weise oder aber vor
dem Ausalrverformt oder zerschnitten werden.
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Die Dosierpumpe entnimmt das Material blasenfrei aus einem Vorratsgefäß.
Um zu verhindern, daß z. B. im Fall des Polyesters, die vorbereitete Mischung bereits
im Vorratsgefäß oder in der Dosierpumpe gelieren oder sogar aushärten kann, lassen
sich zwei Wege beschreiten.
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Bei kalt härtendem Material, also bei Mischungen, die schon nach
kurzer Zeit bei Zimmertemperatur gelieren bzw. hart werden, ist die »Topfzeit« der
Mischung durch Abkühlen mittels eines geeigneten Kühlaggregates weitgehend zu verlängern.
Eine Abkühlung um 20 bis 30"C verzögert die Gelierung je nach Art der Mischung auf
das 5- bis 10fach.
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Man kann aber auch umgekehrt die Mischung so wählen, daß sie bei
Zimmertemperatur eine ausreichend lange Topfzeit hat. In diesem Falle wird die Form
ihrerseits entsprechend erwärmt, so daß die in der Form befindliche Masse beschleunigt
den gewünschten Polymerisationszustand erreicht.
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Es ist selbstverständlich möglich, aus ein und demselben Vorratsgefäß
mit ein und derselben Dosiervorrichtung eine beliebige Anzahl Formen unmittelbar
nacheinander zu bedienen. Man braucht in diesem Fall am Eintrittsende der Form nur
entsprechende Ventile anzubringen, die sich nacheinander gegen die Dosiervorrichtung
hin öffnen und wieder schließen lassen.
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Das Öffnen und Schließen der Ventile läßt sich ohne Schwierigkeiten
z. B. mit der Bewegung des Kolbens in der Dosierpumpe automatisch bewerkstelligen.
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Die F i g. 1 und 2 erläutern das Verfahren. A ist ein zylindrischer
Behälter, gefüllt mit einem Dielektrikum, z. B. Dibutylphthalat; mit B ist die Form
bezeichnet, also rohr- oder bandförmig, am besten aus Glas gefertigt. Um diese Form
sind zwei oder mehrere Elektroden angeordnet, die ihrerseits mit einer Stromquelle
verbunden sind, am besten Wechselstrom von etwa 7000 Volt Spannung. Der Behälter
zur Aufnahme des Dielektrikums trägt außen einen Heizmantel, um den Polymerisationsprozeß
gegebenenfalls unter Wärme durchführen zu können bzw. um im Dielektrikum durch Heizen
oder Kühlen eine bestimmte Temperatur sicherzustellen. Der Behälter C enthält die
vorbereitete Mischung. Er ist mit einem Kühlmantel versehen für den Fall, daß man
die Gelierungszeit dieser Mischung nach Wunsch verlängern will. Im Behälter ist
ein einfaches Rührwerk angebracht, das nur so lange bedient zu werden braucht, bis
eine homogene Mischung erreicht ist. D ist die Dosierpumpe, in diesem Fall eine
einfache Kolbenpumpe, die von einer Exzenterscheibe mit Motor bedient wird.
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Aus F i g. 2 sind Einzelheiten der Dosiervorrichtung zu ersehen.
Der in der Dosierpumpe D befindliche Kolben steuert gleichzeitig das Ventil des
Füllbehälters C. Der Motor der Dosierpumpe wird durch einen ZeitschalterE bedient,
der durch die beiden Schaltvorrichtungen I und II in der Weise gesteuert wird, daß
bei Neubeschickung der Form jeweils nur eine Hin- und Herbewegung des Kolbens ausgelöst
wird.
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Die folgenden Beispiele geben einige charakteristische Ansätze an,
die zur Ausübung des Verfahrens geeignet sind.
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Beispiel 1 Man stellt sich eine Mischung her aus 100 Teilen eines
flüssigen Polyesters handelsüblicher Form, bestehend im wesentlichen aus Estern
von gesättigten und ungesättigten Dicarbonsäuren mit Glykolen und
Styrol
bzw. anderen Vinylgruppen enthaltenden monomeren Flüssigkeiten, ferner 0,5 bis 0,7
Teilen kristallisierten, basischen Bleicarbonats als Glanzpigment, 3 Teilen einer
50 0/0eigen Lösung von Methyläthylketonperoxyd in Dibutylphthalat und 0,3 Teilen
einer 1 °/o Kobalt enthaltenden Kobaltnaphthenatlösung.
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Die Mischung kann zur Entfernung eingerührter Luftbläschen im Vakuum
kurz entgast werden. Sie wird anschließend auf Temperaturen, die nicht über 5"C
liegen sollen, abgekühlt. Es empfiehlt sich, den Polyester vor Ansetzung der Mischung
bereits weitgehend vorzukühlen. Es ist ferner sehr zweckmäßig, das Vorratsgefäß
C selbst als Kühlgefäß herzurichten, etwa durch Einbau von Kühlschlangen oder Umbau
eines Kühlmantels. Durch Kühlmantel oder Kühlschlange wird eine vorgekühlte Sole
gepumpt. Die Gelzeit einer derartigen Mischung beträgt bei 5C mindestens 90 Minuten,
bei 25"C aber etwa 10 bis 12 Minuten.
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Bettet man also die Form in ein auf die letztere Temperatur erhitztes
Medium ein, so kann mit einer vorbereiteten Mischung die Form mindestens sechsmal
gefüllt werden, ohne daß in der Dosierpumpe bzw. im Vorratsbehälter die restlichen
Mengen an Polyestermischung gelieren und damit den Prozeß vorzeitig beenden.
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Beispiel 2 Man verfährt wie im Beispiel 1, reduziert jedoch die Menge
an Methyläthylketonperoxyd auf 1 von die Menge des Kobaltbeschleunigers auf 0,1
O/o. Eine derartige Mischung geliert bei Raumtemperatur erst nach etwa 90 Minuten,
bei 40"C nach 20 Minuten und bei 50"C nach 7 Minuten. In diesem Fall kann man also
auf das Vorkühlen der Mischung verzichten, muß dagegen die Form entsprechend höher
aufheizen.
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Beispiel 3 Man stellt sich eine Mischung her, genau wie im Beispiel
1 beschrieben, verzichtet jedoch auf den Zu-
satz des Kobaltbeschleunigers. Eine
derartige Mischung ist bei Raumtemperatur tagelang haltbar, geliertjedoch bei erhöhter
Temperatur mehr oder weniger schnell, bei 400 C z. B. innerhalb von 100 Minuten,
bei 60"C innerhalb von 10 Minuten. Die Temperatur der Form kann also leicht der
gewünschten Gelzeit und damit der Ausstoßgeschwindigkeit des Apparates angepaßt
werden. Bei dieser Arbeitsweise können selbstverständlich wesentlich größere Mengen
der genannten Mischung, also etwa ein Tagesvorrat, in das Beschickungsgefäß gegeben
werden.