DE1245578B

DE1245578B - Verfahren zum Herstellen lunkerfreier Formteile grosser Dimensionen aus thermoplastischen Kunststoffen

Info

Publication number: DE1245578B
Application number: DE1963C0030691
Authority: DE
Inventors: Heinz Juretzek; Dr Fritz Baxmann
Original assignee: Chemische Werke Huels AG
Current assignee: Huels AG
Priority date: 1963-08-14
Filing date: 1963-08-14
Publication date: 1967-07-27

Description

Verfahren zum Herstellen lunkerfreier Formteile großer Dimensionen aus thermoplastischen Kunststoffen In der kunststoffverarbeitenden Industrie erlangen Formteile, z. B. Blöcke aus thermoplastischem Kunststoff, die durch spanabhebende Verformung weiterverarbeitet werden können, zunehmende Bedeutung. Bisher lassen sich solche Formteile größerer Dimensionen, z. B. Blöcke, nur über beheizbare Formpressen oder im sogenannten Wickelverfahren über eine mit Breitschlitzdüse versehene Schneckenpresse und anschließendes Zusammenpressen der extrudierten Platten herstellen. Beide Verfahren sind aufwendig und daher nicht wirtschaftlich.
Nach dem neueren Fließgußverfahren können lediglich Teile mit begrenzter Wandstärke bis zu etwa 150 mm gefertigt werden. Dabei muß man aber in Abhängigkeit von der Wandstärke lange Kühlzeiten des Blockes in der Form sowie gegebenenfalls längere Temperzeiten in Kauf nehmen. Außerdem treten im Laufe dieser Arbeitsgänge, bedingt durch den hohenausdehnungskoeffizienten der thermoplastischen Kunststoffe, Schrumpfungserscheinungen beim Abkühlen auf, die sich in Form kleinerer und größerer Lunkern äußern.
Die bisherigen Schwierigkeiten, lunkerfreie Formteile aus thermoplastischen Kunststoffen zu fertigen, sind dabei hauptsächlich durch deren schlechtere Wärmeleitzahl, die z. B. bei dem Polyäthylen VESTO-LEN A 15 (Handelsprodukt der'Chemische Werke Hüls AG) A = 0, 37 (kcal/m h ° C) gegenüber Metallen, z. B. nichtrostendem Stahl, R = 20 (kcal/m h-°C) beträgt, und durch den linearen Ausdehnungskoeffizienten, der z. B. bei Polyäthylen 1 bis 20#10-6 gegenüber Stahl 11 bis 12-10-6 beträgt, bedingt.
Schließlich ist es aus der deutschen Patentschrift 883 062 bekannt, beim Herstellen lunkerfreier Formteile großer Abmessungen aus thermoplastischen Kunststoffen die Abkühlung in der Weise vorzunehmen, daß das Material in und nahe an der Füll-Öffnung bis zuletzt ilüssig bleibt, so daß die Zuführung von Material unter Druck zum Ausgleich des Erstarrungsschrumpfes möglich, bleibt.
Bei diesem Verfahren muß das Formteil bis zur endgültigen Abkühlung in der Form verbleiben. Dabei sind Druck und Temperatur an der FiWZ5ffnung aufrechtzuerhalten, um eine Lunkerbildung zu vermeiden.
Es wurde gefunden, daß man lunkerfreie Formteile großer Dimensionen aus thermoplastischen Kunststoffen in einfacher und wirtschaftlicher Weise herstellen kann, wobei aus dem plastifizierten Kunststoff ein Formteil gebildet und durch Nachfließenlassen von Kunststoff Lunkerstellen vermieden werden, wenn der plastifizierte Kunststoff nach Formgebung gekühlt, vor dem völligen Abkühlen auf Normal-bzw. Raum- temperatur aus der Form genommen und das so erhaltene, noch nicht endgültig erstarrte Formteil auf seiner Oberfläche örtlich so weit aufgeheizt wird, bis ein Teil des K, unststoffes wieder fließfähig wird.
Als thermoplastische Kunststoffe kommen z. B.
Polyolefine, Polystyrol und Polystyrolmischpolymerisate, Polyamide und Polyvinylchlorid in Frage. Unter plastifizierender Verarbeitung soll die Formgebung durch Walzen, Gießen, z. B. im Intrusions-und Rotationsverfahren,. Spritzen, Extrudieren verstanden werden ; mit anderen Worten also die für Thermoplasten gebräuchlichen Verarbeitungsmaßnahmen in der Wärme. Die Zufuhr der Wärme kann dabei durch Strahlung, Konvektion, Leitung erfolgen. Der in an sich bekannten Vorrichtungen, z. B. Schneckenpressen und Knetsätzen, plastifizierte Kunststoff wird nach dieser Formgebung in üblicher Weise abgekühlt, und zwar kann er einmal, sofern keine besonders großen Anforderungen an die Maßhaltigkeit der Formteile gestellt werden, vor der völligen Abkühlung auf Normal- (bzw. Raum-) Temperatur, d. h. vor der völligen Erstarrung aus der Form entnommen (z. B.
Gießform) bzw. aus ihr herausgeführt werden (z. B.
Spritzdüse, Breitschlitzdüse). In diesen Fällen, die sich zur technischen Produktion besonders empfehlen, muß ledigiich eine gewisse Formstabilität gewährleistet, d. h. eine gewisse Temperaturschwelle unterschritten sein. Dieses so. vorbehandelte Formteil wird sodann vor der endgültigen Abkühlung auf der Oberfläche örtlich aufgeheizt, wodurch ein Teil des thermoplastischen Kunststoffes wieder nießfäbig wird und zum Ausgleich des bei der Abkühlung auftretenden Masseschwunds und der dadurch bedingten Lunkerbildung beiträgt. Bei der Behandlung solcher Formteile insbesondere zur sogenannten » gesteuerten Abkühlung « sind im einzelnen bestimmte Bedingungen einzuhalten, die von der jeweiligen Temperaturführung und der Größe der beheizten Fläche abhängen. Als Beispiele für solche Formteile sind lunkerfreie Blöcke, lunkerfreie Platten und andere dickwandige, z. B. im Intrusionsverfahren hergestellte Teile zu nennen.
Die Lunkerbildung bei der Abkühlung ist bekanntlich von der thermischen Ausdehnung des jeweiligen Stoffes abhängig. In der Regel dehnen sich die Körper infolge der thermischen Bewegung der Moleküle beim Erwärmen aus. Innerhalb nicht zu großer Temperaturbereiche ist die relative Längenänderung 4l/Z eines festen Körpers der Temperaturänderung #t . proportional : S t, wobei a der lineare Ausdehnungskoeffizient ist. Nur bei isotropen und anisotropen kristallinen Stoffen vom kubischen Kristalltyp ist der lineare Ausdehnungskoeffizient nach allen Richtungen gleich groß.
Bei Kunststoffen dagegen geht neben der der.. mischen Ausdehnung eine Schrumpfung einherj die mit höheren Temperaturen einsetzt und die Längenzunahme ganz überdecken kann. Daraus ist zu folgern, daß sich Kunststoffe auch bei der Abkiihlung anders verhalten müssen als z. B. Metalle. Das ergibt sich auch aus den bereits erwähnten großen Unterschieden in den Wärmeausdehnungskoeffizienten, den Wärmeleitzahlen, den kristallinen Strukturen und den thermoelastischen bzw. thermoplastischen Bereichen.
Außerdem lassen sich die thermoplastischen Kunststoffe so gut wie überhaupt nicht verflüssigen.
Auf Grund dessen läßt sich die Verfahrenstechnik des Metallgusses zur Herstellung von großen Formteilen nicht ohne weiteres auf thermoplastische Kunststoffe übertragen. Zwar wird im Stahlguß mit so- genannten werlorenen Köpfen « gearbeitet ; infolge des schnellen Abkühlungsvorganges und des geringen Ausdehnungskoeffizienten ist es jedoch nicht notwendig, diese Köpfe durch Wärmezufuhr ffüssig zu halten.
Das Verfahren wird an Hand des nachfolgenden Beispiels veranschaulicht : Beispiel Auf einer Spritzgùßmaschine mit Kurzkompressionsschnecken vom Durchmesser 65 mm, Kompression 1 : 2, 8, wird thermoplastischer Kunststoff bei Temperaturen von 120 bis 260° C plastifiziert und in eine 5-1-Eimerform ohne Kern extrudiert. Die Form wird in 15 bis 20 Minuten gefüllt. Nach einer Nachdruckzeit von 5 Minuten, wonach sich eine dünnwandige, etwa 2 bis 4 mm, verhältnismäßig feste Außenhaut bei Temperaturen zwischen etwa 20 und 130°C gebildet hat, wird der Block herausgenommen und in einen dem Formteil angepaßten Stahlbehälter übergeführt, um ein eventuelles AuseinanderflieBen zu vermeiden. In der nun folgenden Abkühlung an der Luft wird dem Block entweder durch eine elektrische Heizplatte oder einen Fön 10 bis 16 Stunden Wärme zugeführt, um die obere Schicht gerade so plastisch zu halten, daß fließfähige Masse ausreichend bereitgehalten wird.

Durch Variierung der Größe der beheizten Fläche sowie der Heiztemperatur und der äußeren Kühlung (z. B. Luft-oder Wasserkühlung) kann der Verlauf der Abkühlung gesteuert und die Schrumpfung als Einfallstelle an die ; Oberfläche des Blockes verlegt werden. Die optimalen Heiz-bzw. Kühlwerte sind von dem verwendeten Material und der Größe des Blockes abhängig. Die näheren Bedingungen sind nachfolgend zusammengestellt :

Material

Vestolen A 18 | Vestolen A 250 | Vestolen X 369

O

Formtemperatur, 90 90 90

Zylindertemperatur, ° 160, 170, 180, 190 145, 150, 155, 160 200, 210

Schneckendrehzahl, U/min..51 51 51

Einfüllzeit, 15 15 15

Förderdruck, kg/cm2 30 30 30

nachdruckzeit, Minuten ............... 5 5 5

Temperatur der Heizplatte, °C......... 140 125 140

Abkühlzeit, Stunden .................. 16 14 14

Beschaffenheit des lunkerfrei lunkerfrei lunkerfrei

VESTAMID (Nylon 12) wurde drucklos in einem 5-1-Behälter extrudiert.

Zylindertemperatur........ 200, 200, 210, 220 0 (° G Temperatur der Heizplatte.. 150° C Beschaffenheit des Formteils. lunkerfrei Nach dem vorliegenden Verfahren ist es erstmals möglich, thermoplastische Kunststoffe auf technisch einfache Weise zu lunkerfreien, gegebenenfalls maßhaltigen Formteilen großer Dimensionen zu verarbeiten.

Claims

Patentanspruch : Verfahren zum Herstellen lunkerfreier Formteile großer Dimensionen aus thermoplastischen Kunststoffen, bei dem aus dem plastifizierten Kunststoff ein Formteil gebildet und durch Nachfießenlassen von Kunststoff Lunkerstellen vermiedenwerden, dadurch gekennzeichnet, daß der plastifizierte Kunststoff nach Formgebung gekühlt, vor dem völligen Abkühlen auf Normal-bzw. Raumtemperatur aus der Form genommen und das so erhaltene, noch nicht endgültig erstarrte Formteil auf seiner Oberfiäche örtlich so weit aufgeheizt wird, bis ein Teil des Kunststoffes wieder fiießfähig wird.

In Betracht gezogene Druckschriften : Deutsche Patentschrift Nr. 883 062.