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Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen von Kunststoffschichtmaterial
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von plattenartigem Material
aus Kunststoff und insbesondere ein Verfahren, die Oberflächen von Platten aus Holz,
Sperrholz, Preßspanplatten u. dgl. zu behandeln.
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Bisher wurden die Oberflächen von Holz mit blattartigem Material von
hohen Druck aushaltenden Kunststoffschichten hergestellt, um das Holz vor mechanischen
und chemischen Einflüssen zu schützen, ihm eine schöne glatte Oberfläche zu geben
und es gegen Feuchtigkeit und Wärme widerstandsfähig zu machen. Dabei werden die
aus Kunststoff bestehenden Schichten normalerweise auf die zu schützende Unterlage
geklebt. Das Kunststoffschichtmaterial wird dabei zuvor eigens hergestellt und weist
im allgemeinen eine große Anzahl von Papierblättern bestehend aus phenolharzimprägnierten
Papieren mit einem Melaminharz imprägnierten, das Muster tragenden Papier darauf
und einer durchsichtigen Schicht aus Melaminharz auf dem das Muster darstellenden
Papier.
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Das Kunststoffschichtmaterial dieser Art wurde bisher in Flachbettpressen
hergestellt, welche mehrere Pressenöffnungen haben, und die Schichten werden in
mehreren Stapeln bei jedem Preßvorgang gepreßt. Eine relativ lange Zeit zur Durchführung
der Wärmebehandlung bei einer solchen Einrichtung erfordern die Verwendung von solchen
Kunstharzen, die relativ langsam reagieren, um sicherzustellen, daß jede Schicht
in dem Stapel auf die richtige Temperatur gebracht wird. Diese Art der Herstellung
ist zeitlich ziemlich aufwendig und kostet viel Geld. Die Erfindung sucht diesen
Nachteil zu beheben und schlägt ein Verfahren zur Herstellung solchen Schichtmaterials
vor, bei welchem das Material kontinuierlich und mit großer Geschwindigkeit hergestellt
werden kann.
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Somit richtet sich ein Ziel der Erfindung auf ein Verfahren zum kontinuierlichen
Herstellen von Kunststoffschichtmaterial aus mehreren Schichten wärineaushärtbaren
Materials, das gekennzeichnet ist durchfolgendeVerfahrensschritte: übereinanderlegen
der verschiedenen Schichten, enthaltend wärmehärtbares Kunstharz; Erwärmen des Kunstharzes
bis in den viskosen Zustand; Anwenden eines fortschreitenden örtlichenDruckes auf
die Oberfläche desMaterials; Aufrechterhaltendesange:wandtenDruckesundgleichzeitiges
Erwärmen zum Zweck der Polymerisation.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, Kunststoffschichtmaterial
herzustellen, dessen Oberflächengüte derjenigen von Platten, die herkömmlich hergestellt
wurden, überlegen ist. Ebenfalls besteht ein Ziel der Erfindung darin, ein Verfahren
zu schaffen, welches flexibler ist als früher verwendete Verfahren, so daß die Hersteller
ihre Abnehmer schneller mit Kunststoffschichtmaterial von bestimmten Mustern und
bestimmter Dicke u. dgl. beliefern können. Das Verfahren nach der Erfindung ist
schneller unstellbar auf andere Materialeigenschaften, als dies bisher der Fall
war.
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Das nach der Erfindung hergestellte schichtförmige Material aus Kunststoffen
dient dabei dekorativen Zwecken, kann als Isolationsplatten, Grundplatten für gedruckte
Schaltungen u. dgl. verwendet werden.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der
nun folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles unter Hinweis auf die Zeichnung.
In dieser zeigt Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Einrichtung
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und F i g. 2 eine vergrößerte
Teilseitenansicht im Schnitt nach F i g. 1.
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In der Zeichnung ist mit 10 das bei Anwendung des erfindungsgemäßen
Verfahrens anfallende Produkt bezeichnet. Die im ganzen mit 12 bezeichnete Einrichtung,
die beispielsweise zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden
kann,
weist zwei Gurte oder Bänder 14 bzw. 16
auf, die in oberen bzw. unteren Rahmen
18 bzw. 20 laufen. Die Gurte laufen auf Walzen; die Walzen und deren Halterung
in den Rahmen sowie die Rahmen sind einander im wesentlichen gleich. Die Gurte laufen
um die Walzen 22, -24, 26, 28 und 30. Die Walzen 24 sind durch einen.
geeigneten, Antrieb 32
angetrieben, und die Walzen 26 können in der
durch die Pfeile 34 'angedeuteten Richtung verschöben werden, um die Spannung in
den Gurten 14 bzW-. 16
einzustellen. An den Rahmen 18 bzw. 20 sind
Schuhe 36 bzw. 38 mit Abstand voneinander angeordnet, wobei der Abstand
zwischen den Schuhen 36 und 38 durch -Einfügen -oder Wegnehmen eines
oder mehrerer Blöcke 40 wählbar ist. Über den einander zugewandten Oberflächen der
Schuhe 36 und 38 könn'en:'-geeignefe Gleitflächen zur- leichteren
Führung der Gurte #14z:u.nd..16 vorgesehen sein.
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Da die Schuhe 36 und 38 einander im wesentlichen nach
Aufbau und Wirkungsweise gleichen, wird nur der Schuh 36 beschrieben. Der
Schuh 36 weist zunächst eine erste Oberfläche 42 auf, die heizbar ist und
parallel zum Weg der Kunststoffschicht 10- angeordnet ist, derga BeWegurig
durch den Pfeil 44 angedeutet ist. Das « Kunststoffschichtmaterial
10. gelangt in Richtung des Pfeiles 44 'd-änn in Eingriff mit einer geneigten
und der Verdichtung des- Materials dienenden Oberfläche 46. Darauf folgend, weist
der Schuh 36 em*'e"driite- Oberfläche 48 auf, die ebenfalls parallel zur
Vorschubifichtung des Materials 10 verläuft und das -Schichtmaterial beim
Weiterlaufen im zusammengedrückten Zustand hält.
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Die erste Oberfläche 42 ist unterhalb eines Vorerhitzerblockes
50- ausgebildet, der seinerseits mit einei'n- HeizelemeÜt 5,7, versehen
ist. Der Vorheizblock wird bei einer--Ausführuna, des erfindungsgemäßen Verfahrens
auf - 165' C vorgeheizt, die Temperatur kann jedoch auch unabhängig
durch eine Einrichtung geieiölt- *erden, die nicht gezeigt ist.
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Eine Einführungsfläche 94 ist vor der Fläche 42 vorgesehen, um eine
angemessene Reibungskraft auf das zu verarbeitende Material 10 auszuüben;
zu diesem Zweck ist eine Verlängerung 56 vor -dem Vorheizblock
50 angeordnet. Die Verlängerung 56 hat eine Oberfläche, die in einer
Ebene mit der unteren Oberfläche des Vorheizblockes 50 liegt und eine abgerundete
Nase, über welche der Gurt 14 läuft. -
Unmittelbar hinter der der Verdichtung
dienenden Oberfläche 46 ist der Wärmebehandlungsblock 58
mit seinen Heizelementen
60 angeordnet. VOrzugs7 weise ist die Stufe 46 an ihren übergängen mit Zylinderoberflächen
abgerundet. Die Heizelemente 60- können durch nicht gezeigte Einrichtungen
geregelt werden, um die Behandlungsstufe- der Einrichtung auf etwa 2151 C
zu erwärmen.
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Hinter dem der Verdichtung des Materials dienenden Block
58 ist ein Kühlblock 62 angeordnet, der -mehrere I%'-ühlschlangen
64 aufweist. Normalerweise wird ein der Kühlung dienendes Strömungsmittel mit solchem
Durchsatz durch die Schlangen 64 gefördert, daß der Kühlabschnitt auf etwa
26' C ist -.
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In - F i g. 2 ist eine Einrichtung gezeigt, die zur
Herstellung von Kunststoffschichtmaterial nach der Erfindung besonders geeignet
ist. Wie dort gezeigt ist, werden über nicht gezeigte Walzen mehrere Schichten aus
phenolharzgesättigten Papieren 66 eingeführt,. über welchen- zunächst eine
melaminharzgesättigte und das Muster tragende Papierschicht 68
liegt unddarauf
ein melamingesättigtes..Oberflächen-' papier 70. Die Gesamtdicke der Papiere
66, 68 und 70 vor ihrem Eintritt zwischen die Gurte 14 und
16
ist etwa 2,7 mm. Diese Dicke wird erreicht durch 'Verwendung eines
übe-r-zugs-p'apiers'- von . et#va 0,125 rnm eines- das Muster. aufweisenden:
Papiers mit ebensolcher Dicke und acht Kernpapieren von je
0,25 bis
0,3' '«nm Dicke. Die Einlaßöffnung zwischen den Gurten 14 und 16 hat
eine Höhe von etwa 2,35 mm und der Abstand zwischen den Gurten 14
und 16 im Bereich der Heizblöcke 58 und der Kühlblöcke 62 beträgt
etwa 1,55 mm.
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Im Betrieb wurde die von den Blöcken 52 begrenzte Vorheizzone
auf eine, -Betriebstemperatur von etwa 1651 C gebracht, und die Heizzone,
die von den Blöcken 58 begrenzt ist, wurde auf eine Arbeitstemperatur von
etwa. 2151 C gebracht. Die von den Blöcken 52 begrenzte Külilzone
wurde auf einer Arbeitstemperaturvon 260 C gehalten. Bei diesem. Betrieb
wurden, die Gurte mit einem Vorschub von etwa 1 m/min betrieben, und die
Länge der Schuhe36 und 38 wurde zu etwa 430rnm gewählt, wovon auf die Vorheizzone
50 mm, auf die Stufe 46 -,au -die B 38mm .- f . phandlungs- bzw. Heizzone
150 mni und auf die Kühlzone 190rnm entfielen. Selbstverständlich ist die
Erfindung nicht auf genau diese Werte begrenzt.
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Nach dem Verfahren wurden kunstharzimprär ,gnierte Papiere verwendet,
die in der- aus- der Literatur längst bekannten Art und Weise präpariert wurden:
Die Papiere --wurden kontinuierlich durch eine wäßrigeLösung.des entsprechenden
Kunstharzes geführt, wobei erforderlichenfalls zur Erhöhung det Löslichkeit Alkohol
zugesetzt wurde. Selbstverständ-, lich wird dabei durch geeignete Mittel-dafür gesorgt
'
daß die Kunstharze die Papierfasem' in der. gewünschten Weise durchsetzen,
Nach dieser Imprägnierung wurden die Papiere kontinuierlich in einem Heißluftofen
getrocknet, um die Lösungsmittel 2a entfernen und die Polymexisation einzuleiten.
Der Grad, bis zu welchem diese Polymerisatiön gedeiht, ist ein. wichtiger
- Faktor- für das später folgende, Verschmelzen in Form, von Schichtmaterial.
Die dabei zu berücksichtigenden Meßwerte sind der Gewichtsprozentsatz von im Papier
zurückbleibenden flüchtigen Stoffen und die-Jenige Kunstharzmenge, welche aus den
Papieren herausfließt, wem sie in entsprechender Weise heiß gepreßt werden.
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Wenn auf diese Weise hergestellte und imprägnierte Papiere* zur Herstellung
von Schichtmaterial in den bekannten Flachbettpressen verwendet werden, dann werden
die einzelnen Schichten in Stapeln bei jedem Pressenarbeitsgang zusammengedrückt,
und die relativ lange Zeit für eine durchweg gleichmäßige Erhitzung erfordert die
Verwendung von Harzen, welche verhältnismäßig langsam reagieren, d. h. aushärten
usw. Bei dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren ist die Heizzeit und
-temperatur vor und hinter dem Zusammendrücken an der Stufe 46 genau gleich für
etwa zehn Blatt Papier, welches kontinuierlich durch die Anlage läuft. Dadurch kann
man schneller reagierende Kunstharze bzw. Kunstharzsysteme verwenden, als dies oben
-angegeben wurde. Durch Verwendung der schnell reagierenden Kunstharze, Melamin-
und Phenolharze wurde die Durchsatzgeschwindigkeit von 1 m/min auf 4 m/min
und mehr erhöht, wobei es-sicherlich noch möglich
ist, diese Durchsatzgeschwindigkeiten
zu erhöhen, wenn Kunstharze zur Verfügung stehen, die noch schneller reagieren.
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Ein weiterer Beitrag zur Erhöhung des Durchsatzes wurde dadurch geleistet,
daß man die Gleitschichten zwischen Gurt und Schuh verwendet. Es hat sich dabei
herausgestellt, daß diese besseren Gleitschichten Temperaturen von 260' C
aushalten. Bei Verwendung solcher verbesserter Gleitschichten wurden besonders gute
Kunststoffschichten erzeugt bei Verwendung einer Temperatur von 1771 C in
der Vorheizzone, die von den Blocks 50 begrenzt ist und bei Verwendung einer
Temperatur von 24511 C
in der durch die Blocks 58 begrenzten Heizzone;
die Gurte wurden im Sinne eines Durchsatzes von 4 m/min angetrieben. Dabei wurden
solche Ab-
messungen für die Schuhe gewählt, wie dies bereits weiter oben
beschrieben wurde.
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Ebenfalls hat sich als besonders zweckmäßiges Merkmal erwiesen, die
kunststoffgesättigten Papiere um einen vorherbestimmten Betrag am Einlaß der Anlage
zusammenzudrücken und um einen weiteren vorherbestimmten Betrag an der Stufe 46.
Besonders gute Ergebnisse wurden erzielt, wenn die Dickenreduzierung an beiden Stellen
im wesentlichen gleich groß ist. Wenn bei einer Ausführung des Verfahrens die gesamte
Dicke der einzelnen im-
prägnierten Papiere 66, 68 und 70 etwa
1 mrn größer ist als die Dicke der aus der Maschine austretenden fertigen
Kunststoffharzschicht, dann sollten 0,5 mm der Dickenreduzierung am Einlaß
der Maschine 12 und die zweiten 0,5 mm Dickenreduzierung an der Stufe 46
vorgenommen werden. Bei Verwendung dieser Geometrie der Anlage wurden Bahnen aus
Kunststoffschichtmaterial hergestellt, deren Oberflächen ganz besonders glatt waren
und ein vorzügliches Aussehen hatten.
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Das kontinuierliche Verfahren zur Herstellung von Kunststoffschichtmaterial
erfordert einen ausreichenden Abstand zwischen der Stelle, an welcher die Papierbahnen
eintreten und dem Beginn der Vorheizzone und ferner eine dazu ausreichende Temperatur,
um die Harze in den Papieren in den flüssi-,gen oder zumindest hoch viskosen Zustand
zu bringen. Wenn dies nicht gelingt, dann werden an der Stufe 46 zu -roße Gifte
erzeugt. Wenn andererseits der in der Vorheizzone erzeugte Druck und die dort herrschende
Temperatur zu hoch sind, dann verlieren die Papiere ihre Kompressibilität, und die
Harze fließen nicht, weil sie über den diesbezüglichen Punkt hinaus polymerisiert
werden. Somit ist für jede Art von Kunstharzen ein bestimmter Bereich für Durchlaufgeschwindigkeit,
Temperaturen und Abmessungen der Schuhe bei einer gegebenen Dicke des Erzeugnisses
gesehen.
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Ein besonders zweckmäßiges Merkmal des kontinuierlichen Verfahrens
nach der Erfindung besteht darin, daß der Verfahrensablauf angehalten werden kann
und ein Papier mit einem anderen Muster eingelegt werden kann, so daß Kunststoffschichtmaterial
verschiedenen Aussehens erzeugt werden kann; somit können in wirtschaftlicher Weise
auch kleine Mengen von Schichtmaterial hergestellt werden. Dadurch werden die erforderlichen
Lager beim Hersteller kleiner.
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Man kann bei einer besonders zweckmäßigen Ausführung des Verfahrens
als oberste oder unterste in die Anlage nach F i g. 1 einlaufende Schicht
ein Blech z. B. aus Kupfer verwenden, wobei das Kupferblech vorher in der zur Bildung
eines bestimmten Musters für eine gedruckte Schaltung erforderlichen Weise gestanzt
worden ist. Dabei kann man zur Erzielung einer mechanisch sehr festen Kunststoffunterlage
phenolharzimprägaiertes Papier oder epoxydharzimprägnierte Glasfasergewebe ve-rwenden.